Thomas Newcomen

Máquina de Newcomen.

Thomas Newcomen (nacido el 12 de febrero de 1663 - 5 de agosto de 1729), herrero e inventor, nació en Darthmouth, Devon, Inglaterra. Es frecuentemente citado como el padre de la revolución industrial como su primer innovador y empresario.

En 1712 Newcomen, con su socio Thomas Savery, construyó una máquina de vapor atmosférica utilizada para bombear agua fuera de las minas de carbón y estaño existentes en la zona nativa de Newcomen, en el sudoeste de Inglaterra, particularmente en Cornualles.

Más máquinas fueron instaladas por el propio Newcomen en Inglaterra, lo que llevó a la construcción de más de 100 máquinas antes de que la patente expirara en 1733. El diseño fue mejorado más tarde por James Watt.

Historia

había inventado y patentado en 1698, una bomba de vapor para el drenaje de las minas; sin embargo, esta bomba planteaba numerosos problemas ya que trabajaba con altas presiones, lo que con cierta frecuencia provocaba serios accidentes. Ante los problemas y dificultades que planteaba este sistema de drenaje, Thomas Newcomen, que había trabajado para Savery, pensó que podía utilizarse la fuerza del vapor para mover a distancia una bomba impelente colocada en el interior del pozo de drenaje de la mina. La máquina de Newcomen consistía en un balancín, uno de cuyos extremos se unía a una barra rígida contrapesada que descendía por el pozo de drenaje hasta la bomba mecánica colocada en su interior. El otro extremo se unía al pistón de un cilindro que se llenaba con el vapor proveniente de la caldera. A medida que el cilindro se iba llenando de vapor el pistón era desplazado hacia arriba y el contrapeso de la barra que accionaba la bomba en el interior de la mina hacía que ésta bajase. Cuando el pistón llegaba al final de su recorrido, se inyectaba un chorro de agua fría en el interior del cilindro, con lo que condensaba el vapor, produciéndose un vacío parcial que hacía retraerse el pistón hasta la parte inferior, tirando del balancín que transmitía el movimiento hasta la bomba a través de la barra rígida del otro extremo. De esta manera tan simple se conseguía accionar a distancia el brazo de la bomba de achique, sin necesidad de colocar la máquina en el interior de la mina y sin utilizar grandes presiones de vapor con lo que se reducía sensiblemente el riesgo de explosiones. Básicamente la máquina de Newcomen era un motor de combustión externa que convertía calor en energía mecánica, mientras que la de Savery no era más que una bomba de vapor especializada en drenaje de minas. Las ventajas, desde el punto de vista práctico, de esta máquina eran tantas que rápidamente sustituyeron a las máquinas de Savery y a finales de la década de 1710 prácticamente todas las minas de carbón de Gran Bretaña tenían instalados los sistemas de bombeo de Newcomen, exportándose, en los años siguientes, a las colonias americanas y a otros países.

El trabajo de Newcomen sobre la máquina de vapor fue fundamentalmente empírico, fruto de la habilidad, experiencia y conocimientos adquiridos mientras fabricaba componentes para las bombas de Savery. El hecho de que el sistema de bombeo de Newcomen no estuviera basado en una serie de fundamentos teóricos relacionados con la producción y empleo del vapor como fuerza motriz, hizo que las sucesivas máquinas que se construyeron tuvieran eficacias muy dispares, dependiendo de los tamaños relativos de los diferentes componentes que lo conformaban. Era frecuente que bombas que se construían de mayor tamaño con la intención de conseguir mayores caudales de bombeo, resultaba que apenas eran capaces de bombear un caudal ligeramente superior al de otras máquinas de menor tamaño, pero eso sí, generalmente con un mayor consumo de combustible. Se requería por tanto realizar un estudio cuidadoso, siguiendo una metodología científica, a fin de descubrir de qué factores dependía su eficacia. En otras palabras, se requería realizar un proceso de optimización experimental que condujera a introducir las mejoras necesarias para conseguir el máximo rendimiento de estas máquinas. Este proceso de optimización fue llevado a cabo por John Smeaton (1724-1792), un ingeniero con formación teórico-científica que en 1769 realizó un catálogo de máquinas de Newcomen instaladas en minas británicas, en el que detallaba el tamaño y el rendimiento de aproximadamente un centenar de estas máquinas. Una vez que dispuso del catálogo y no encontrando la relación existente entre las máquinas y los rendimientos observados, se dedicó a evaluar, por separado, las diferentes partes que conformaban la máquina. Para ello construyó un modelo a escala y con él realizó unos ciento treinta experimentos distintos. En cada uno de estos experimentos Smeaton modificaba uno de los factores que podían afectar al rendimiento de la máquina, mientras mantenía los demás constantes. En unos experimentos estudiaba la longitud del pistón manteniendo su diámetro constante, en otros, partiendo de una longitud de pistón determinada, estudiaba la influencia del diámetro, en otros estudiaba el tamaño de la caldera, la presión que había que mantener en ésta, etc. Así fue como, en tan sólo tres años, entre 1769 y 1772 fue capaz de establecer y predecir cual sería la eficacia de estas máquinas, obteniendo los valores óptimos para el diámetro del cilindro, la longitud del pistón, el número de pasos por minuto de éste, el tamaño de la caldera, la cantidad de agua introducida, la temperatura del agua inyectada y hasta el consumo más probable de carbón para cualquier máquina, desde la más pequeña de un caballo de potencia hasta la más grande de setenta caballos y para demostrar la validez de su resultados, él mismo construyó en 1774 una máquina de 76,5 caballos, la más potente lograda hasta ese momento, cuyas prestaciones cayeron dentro de las previsiones realizadas por Smeaton.

La máquina de Newcomen y las mejoras introducidas por Smeaton constituyeron el primer gran paso de la denominada Revolución industrial, periodo histórico caracterizado por un radical cambio en los procesos de producción, comunicación y transporte, pues el empleo del motor de vapor permitió reemplazar la energía muscular de hombres y animales en energía mecánica producida por el vapor. Si una máquina, como la de Newcomen, podía mover el brazo de una bomba de sacar agua, muy bien podía utilizarse como motor para realizar otros muchos trabajos o incluso para arrastrar o desplazar grandes pesos o mercancías. Pocos años después de que Smeaton presentara las mejoras de la máquina de Newcomen, un ingeniero escocés de nombre James Watt (1736-1819) presentó una serie de mejoras todavía más revolucionarias, como hacer que el vapor condensara en una cámara diferente a la del pistón, o que éste fuera empujado por el vapor tanto en sentido ascendente como descendente. Con estas mejoras la eficacia y rendimiento de la máquina mejoró notablemente, pues ahora el cilindro del pistón se mantenía siempre caliente, reduciendo el consumo de carbón. Sin embargo, la mejora que introdujo Watt y que supuso la consagración de la máquina de vapor como motor térmico fue la adaptación mecánica que hizo de la máquina de vapor de Newcomen para que el movimiento vertical del balancín se convirtiera en un movimiento giratorio que pudiera transmitirse horizontalmente por medio de poleas o engranajes hasta las máquinas, o que pudiera mover las palas o las hélices de los barcos o las ruedas de una locomotora. Había nacido la era del transporte mediante vehículos autopropulsados.