Trabajos varios: La maquina de vapor

Este sera el trabajo colectivo que realice para el primer trimestre, junto con mis compañeras Paula Espinar y Marta García.

LA MÁQUINA DE VAPOR

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Índice:

¿Qué es?
Historia
Partes y Funcionamiento
Aplicaciones

¿Qué es?

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica del vapor de agua en energía mecánica. El calor resultante de la quema de un combustible hace que el agua hierva y la presión que genera el vapor activa algunos elementos que ponen la máquina en marcha. Primeramente conocida como motor de vapor, fue muy importante en la Revolución Industrial, ya que se utilizaba para mover diversas máquinas (locomotoras, bombas de extracción de agua, industrias...).

Partes

La máquina de vapor está compuesta por:

Un horno donde se está el fuego y se quema el combustible.
Un depósito que almacena agua y se sitúa sobre el horno.
Un pistón conectado al sistema de biela-manivela
Un sistema de biela-manivela conectado a la rueda de transmisión
Una rueda de transmisión
Un condensador con agua fría
Una serie de tuberías que pasen por el depósito de agua, el cilindro y el condensador, para que pase el agua, ya sea en estado líquido o de vapor.

Funcionamiento:

Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce que la presión suba y empuje el pistón. Mediante un mecanismo de biela-manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de la rotación el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de la rueda o rotor. El vapor a presión sale por la válvula de salida y va hasta el condensador, donde hay agua fría, que enfría el vapor y lo devuelve a estado líquido. Una vez líquido sale por otra tubería hasta la caldera, donde volverá a calentarse y a repetir todo el proceso. Con lo cual, es un circuito cerrado, y el único recurso que necesita ser recargado es el combustible que alimente el fuego que pueden ser madera, petróleo o carbón, aunque el de uso más extendido es el último citado.

Historia:

1. ANTECEDENTES

La historia de los primeros pasos de la máquina de vapor nos exige algunas aclaraciones previas sobre los principios en que está basada:

Unos manuscritos egipcios nos describen algunos personajes que desarrollaron esta idea y prácticas realizadas por Herón. Las máquinas de vapor se podían utilizar, por ejemplo, para abrir y cerrar puertas de templos y el movimiento de algunas figuras en altares importantes.

Pasando a épocas un poco más avanzadas, en 1644, Torricelli demostró mediante una serie de experimentos que la presión de la atmósfera era igual a la ejercida por una columna de mercurio de unos 760 milímetros de altura aproximadamente y en 1654, Von Guericke, con su famoso experimento de Magdeburgo, demostró la inmensa fuerza que la atmósfera podía ejercer. En otro experimento más relacionado con la historia de la máquina de vapor mostró que cuando se creaba un vacío parcial bajo un pistón de grandes dimensiones introducido en un cilindro, era difícil evitar que la presión atmosférica llevase el pistón al fondo del cilindro. Fue por esta causa, que las primeras máquinas de vapor fueron llamadas máquinas atmosféricas, ya que era la presión atmosférica la que actuaba cómo fuente de energía.

2. LAS PRIMERAS MÁQUINAS DE VAPOR

Después de realizar varios intentos con diferentes sistemas para conseguir el vacío necesario, el primero en utilizar el vapor de agua fue Denis Papín. En 1687 publica la “Descripción y empleo de la nueva máquina para elevar el agua”, obra en la que describe el funcionamiento básico de su máquina neumática. Dicha máquina, consistente en un cilindro vertical en el que se mueve un pistón como consecuencia del vapor del agua calentada en el fondo del cilindro.

La máquina de Papin no tenía demasiada importancia práctica, pero estableció el principio vitalmente importante de que se podía utilizar el vapor para mover un pistón hacia arriba y hacia abajo en el interior de un cilindro.

En 1698, el mecánico inglés Thomas Savery construye una máquina para bombear el agua de las minas de Cornualles, siendo esta la primera vez que se emplea la presión del vapor como fuerza motriz para un uso industrial.

La máquina de Savery fue perfeccionada por Thomas Newcomen que en 1712 estaba ya en funcionamiento, y que durante casi un siglo se empleó para achicar agua de las minas.

El rendimiento de la máquina de Newcomen era poco satisfactorio, más que nada porque el vapor se enfriaba en el propio cilindro reduciendo así su rendimiento. De ello se dio cuenta el escocés James Watt (también inventor de la bombilla), quien al reparar una máquina de Newcomen introdujo unas importantes modificaciones:

Hace que el vapor se condense en un recipiente especial, el condensador, que conecta con un tubo al cilindro al que, además, cierra por sus dos extremos. De esta forma se podía mantener siempre caliente el cilindro, ahorrándose una importante cantidad de combustible.

Un mecanismo para regular la distribución del vapor, la máquina de doble efecto.

Una barra que une el pistón con un balancín articulado, la biela, por lo cual el movimiento rectilíneo se hace circular.

El resultado de todas estas modificaciones fue que se aumentó el rendimiento de la máquina hasta el 4%.

Aplicaciones:

En el área automovilística, en 1769, Cugnot construyó en Francia y condujo el primer vehículo movido a vapor.

El barco a vapor: El primer modelo se denominó "Clermont", construido por el ingeniero estadounidense Robert Fulton. Dicha embarcación hizo por primera vez un servicio de regular de pasajeros en 1807, en el río Hudson, entre las ciudades de Nueva York y Albany, a razón de 8,5 kilómetros por hora. El modelo pesaba 150 toneladas y estaba equipado con una máquina a vapor y una rueda de pala. A partir de este barco, la navegación a vapor hizo rápidos avances en Estados Unidos y Europa, y en 1819, el "Savannah" cruzó el Atlántico. Paralelamente, se vio un auge en la construcción de canales, entre los cuales destacaron el Suez en 1869 y el de Panamá, puesto en servicio en 1914.

El primer submarino: El mismo creador del barco a vapor, Robert Fulton, fue quien ideó los planos, que presentó a un directorio francés, de un buque sumergible llamado Nautilus. En 1801 se realizaron las primera pruebas de submarino primitivo quedando el artefacto bajo el agua casi una hora.

Ferrocarril: Aunque la primera locomotora utilizable fue originada por Richard Trevithick en el 1801, el primer ferrocarril verdadero fue construido por George Stephenson, en 1814. Su creación arrastró, sin dificultad, algunos vagones de carbón, y en sólo unos años, en 1825, corrió el primer tren de carga y de pasajeros a una velocidad de 24 kilómetros.

Imprenta a vapor: Friedrich Gottlob Koenig, con ayuda de Andreas Friedrich Bauer, inventó la imprenta de vapor y en abril de 1812 la puso en funcionamiento. En 1814, el Times, diario londinense, instaló la primera imprenta de vapor, que le permitió cumplir en dos horas el trabajo que antes exigía un día.