La máquina de vapor: Newcomen y Watt

El condensador separado de James Watt, patentado el 5 de enero de 1769, permitió que una máquina de vapor hiciera el mismo trabajo quemando cerca de dos tercios menos de carbón.

El agua en las minas

Hacia 1700 Gran Bretaña quemaba cada vez más carbón y las vetas fáciles, cerca de la superficie, se agotaban. Las minas más profundas se llenaban de agua, y sacarla con caballos era lento y caro. En 1698 Thomas Savery patentó una bomba de vapor a la que llamó el Amigo del Minero, pero no elevaba el agua a mucha altura y sus calderas eran peligrosas. Thomas Newcomen, un ferretero de Dartmouth, en Devon, encontró una solución mejor. En 1712 él y su socio John Calley construyeron una máquina para bombear el agua de las explotaciones de carbón de Coneygree, cerca de Dudley, en las Midlands Occidentales. Se acepta en general que fue la primera máquina de vapor de este tipo que funcionó con éxito, y hoy una réplica funcional de tamaño real trabaja en el Black Country Living Museum, en el mismo terreno.

Cómo funcionaba la máquina de Newcomen

La máquina de Newcomen aprovechaba el peso del aire y no el empuje del vapor. El vapor a baja presión de una caldera entraba en un gran cilindro y llenaba el espacio situado bajo el pistón. Después se rociaba un chorro de agua fría dentro del cilindro. El vapor se condensaba en unas pocas gotas de agua y dejaba un vacío parcial, y la presión de la atmósfera exterior empujaba el pistón hacia abajo. El pistón estaba unido con una cadena a un extremo de un enorme balancín de madera; al bajar, el otro extremo subía y levantaba una varilla de bomba en el pozo de la mina. Se dejaba entrar vapor de nuevo, el peso de la varilla de la bomba devolvía el balancín a su sitio y el ciclo se repetía una docena de veces por minuto. Como el vapor tenía tan poca presión, había poco riesgo de que la caldera reventara. Cuando murió Newcomen había más de cien de sus máquinas en Inglaterra y otras en Europa.

El problema que vio Watt

James Watt era fabricante de instrumentos matemáticos y tenía un taller en la Universidad de Glasgow, donde el químico Joseph Black se hizo su amigo y mentor. En el invierno de 1763 a 1764 le pidieron que reparara el pequeño modelo de máquina de Newcomen de la universidad, que no dejaba de fallar. Watt descubrió que cerca del 80 % del calor del vapor se gastaba solo en volver a calentar el cilindro después de que cada chorro de agua fría lo enfriara. La solución, que ideó hacia 1765, era condensar el vapor en otro lugar. Un condensador separado, mantenido siempre frío y unido al cilindro por un tubo, extraía el vapor y lo convertía en agua, mientras el cilindro seguía caliente. El 5 de enero de 1769 Watt obtuvo una patente para «un nuevo método de reducir el consumo de vapor y de combustible en las máquinas de fuego». El Science Museum la considera la mayor mejora individual que se hizo jamás a la máquina de vapor.

Boulton y Watt

Convertir un modelo en una máquina que funcionara costó años y dinero. En 1774 Watt se trasladó a Birmingham y en 1775 se asoció con el fabricante Matthew Boulton, cuyos talleres de Soho tenían los herreros expertos que Watt necesitaba. Las primeras máquinas de Boulton y Watt empezaron a trabajar en 1776: una bombeaba agua en una mina de carbón cerca de Tipton y otra soplaba aire para la fundición de John Wilkinson en Broseley. Desde 1777 se vendieron muchas a las minas de cobre y estaño de Cornualles, donde el carbón era caro y ahorrar combustible importaba más. Las máquinas con el condensador de Watt quemaban cerca de dos tercios menos de carbón que las de Newcomen. Después Watt diseñó sistemas para convertir el movimiento de subida y bajada del balancín en rotación, de modo que las máquinas de vapor pudieran accionar la maquinaria de fábricas, cervecerías y fundiciones, y no solo bombas. La patente de Watt duró hasta 1800, y cuando expiró otros fabricantes se apresuraron a usar el condensador separado. Hoy la unidad de potencia, el vatio, lleva su nombre.