Una máquina de vapor utiliza el calor para producir movimiento. Puede hacer funcionar una bomba, mover maquinaria o impulsar un vehículo. El agua interviene en el proceso, pero no proporciona por sí sola toda la energía: hace falta una fuente de calor que la caliente.

Las piezas de una máquina con pistón

No todas las máquinas de vapor tienen el mismo diseño. Para entender una de las más conocidas, distinguiremos sus partes:

• Fuente de calor: en muchas máquinas históricas era un hogar donde se quemaba combustible, como carbón.
• Caldera: recipiente en el que el agua recibe calor y se produce vapor.
• Válvulas: abren y cierran pasos para dirigir el vapor.
• Cilindro y pistón: el cilindro contiene una pieza móvil, el pistón, sobre la que actúan diferencias de presión.
• Mecanismo de transmisión: barras, ejes o engranajes llevan el movimiento hacia la tarea que queremos realizar.

Del calor al movimiento, paso a paso

En una máquina que aprovecha vapor a presión, el calor transforma parte del agua de la caldera en vapor. Al entrar en el cilindro, el vapor ejerce presión sobre el pistón y puede expandirse mientras lo desplaza. Las válvulas controlan su entrada y salida para repetir el movimiento.

El pistón va y viene. Un mecanismo puede aprovechar ese recorrido para accionar una bomba o convertirlo en un giro. En la máquina rotativa de Boulton y Watt de 1788 conservada por el Science Museum, el sistema permitía mover maquinaria mediante una rueda. «Rotativa» se refiere precisamente a ese movimiento de giro.

Parte de la energía se transmite al entorno como calor. Por tanto, producir vapor no significa transformar toda la energía del combustible en trabajo útil. Mejorar una máquina también puede consistir en desperdiciar menos energía.

Muchas mejoras, no un único inventor

Las máquinas de Thomas Newcomen se utilizaron para sacar agua de minas a comienzos del siglo XVIII. Su funcionamiento era diferente al del ejemplo anterior: al enfriar y condensar el vapor dentro del cilindro, bajaba la presión interior y el aire exterior empujaba el pistón.

Después, James Watt desarrolló mejoras como el condensador separado. Así podía enfriar el vapor en otra parte sin enfriar continuamente el cilindro principal. Matthew Boulton contribuyó a impulsar la fabricación y el uso de estas máquinas. Hubo más inventores, fabricantes y trabajadores que participaron en su desarrollo.

Por eso conviene preguntar qué diseño y qué mejora estamos estudiando, en lugar de atribuir toda la historia del vapor a una sola persona.

Actividad resuelta: sigue el recorrido

Ordena estas cuatro tarjetas para describir el modelo de vapor a presión explicado antes. Escribe solo las letras y después explica la función de la última pieza.

• A. El mecanismo transmite el movimiento a una rueda.
• B. Una fuente de calor calienta el agua.
• C. El vapor dirigido al cilindro desplaza el pistón.
• D. Se produce vapor en la caldera.

Solución: B, D, C, A. Primero se aporta calor, después se produce vapor, luego se mueve el pistón y finalmente se transmite ese movimiento. La rueda no es la fuente inicial de energía: recibe movimiento del mecanismo.

Ahora cambia la tarea final: queremos accionar una bomba en lugar de una rueda. Respuesta posible: adaptar la transmisión para mover la bomba. El objetivo de esta segunda parte es localizar qué función cambia, no diseñar una máquina real.

Realiza el ejercicio con palabras o tarjetas. No calientes recipientes cerrados ni construyas calderas caseras: el vapor y la presión pueden causar lesiones graves.

Cinco preguntas con respuestas

1. ¿De dónde llega la energía inicial? De una fuente de calor.
2. ¿Dónde se produce el vapor? En la caldera.
3. ¿Qué pieza se desplaza dentro del cilindro? El pistón.
4. ¿Watt inventó por sí solo todas las máquinas de vapor? No; mejoró diseños existentes.
5. ¿Por qué hay que indicar el modelo? Porque las máquinas de Newcomen y otras posteriores no trabajaban exactamente igual.

Tres ideas fundamentales

• El vapor ayuda a transformar calor en movimiento.
• La transmisión conecta ese movimiento con una tarea.
• La historia de estas máquinas reúne numerosos diseños y mejoras.

Fuentes consultadas

• National Coal Mining Museum: desarrollo del vapor.
• Science Museum Group: James Watt.
• Science Museum Group: máquina rotativa de Boulton y Watt.

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