El autor hace un repaso de los antecedentes tecnológicos que dieron paso a la primera máquina de vapor

La historia de la humanidad se puede seguir en base al desarrollo de sus avances tecnológicos y científicos. Aunque toda elección es subjetiva, se puede considerar que los diez principales descubrimientos o inventos que han revolucionado la forma de vida del hombre han sido: la talla de la piedra, el descubrimiento y dominio del fuego, la invención de la rueda, el desarrollo de la escritura, la construcción de la imprenta y su influencia en la expansión de la cultura, la aparición de la máquina de vapor que generó la Revolución Industrial, el descubrimiento de la penicilina, la electrónica y sus aplicaciones en la informática y la aparición de la red de redes, internet, como vehículo unificador en nuestra aldea global. Este capítulo pretende proporcionar una rápida visión de la evolución de uno de estos esenciales inventos, la máquina de vapor.

Aunque se suele señalar a James Watt, a finales del siglo XVIII, como padre de la máquina de vapor, el empleo de esta fuente de energía se remonta a la Antigüedad. Así, se puede considerar al cañón de vapor de Arquímedes de Siracusa (287-212 a. de C.), el architronito, como la primera aplicación práctica de su uso, en este caso para la defensa de Siracusa contra el asedio romano. Sin embargo es a Herón de Alejandría (s. I) a quien debemos la invención de la primera máquina de vapor rotativa, el aelópilo, una turbina de reacción diseñada para uso sagrado. En esta cosmopolita ciudad la competencia entre la práctica totalidad de religiones entonces conocidas hacía que los juguetes de este ingeniero fuesen muy estimados por los sacerdotes para atraer al mayor número de fieles posible, asombrados por la magia de estos artificios. Con esta finalidad, Herón desarrolló otros múltiples mecanismos como el que empleaba la fuerza del vapor para abrir las puertas del templo de Isis.

Genera vértigo pensar cómo en una época tan temprana el desarrollo de la energía del vapor pudo adelantar la Revolución Industrial en dieciséis siglos, desapareciendo la Edad Media, si bien la limitación en el conocimiento de materiales, de técnicas de fabricación y de principios teóricos impidieron dar este avance trascendental.

Hay que dar un salto hasta Leonardo da Vinci (1452-1519) para encontrar una continuación en el desarrollo de la energía del vapor. Leonardo era conocedor de los escritos de Arquímedes y Herón, al igual que los inventores italianos Vannocio Biringuccio (1480-1539) y Giovanni Battista della Porta (1538-1615) o el francés Salomón de Caus (1576-1626) que utilizó la presión del vapor para impulsar el chorro de agua de fuentes en las que existían estatuillas que danzaban como las de Herón.

Sorprende el paralelismo entre la evolución de la máquina de vapor y la mandrinadora

Posteriormente, Otto von Guericke (1602-1686) estudió el vacío mediante el famoso experimento de los hemisferios de Magdeburgo, en el que ocho caballos no consiguieron separarlos una vez que se practicó el vacío en su interior. Su estudio vino motivado por la necesidad de bombear agua, para lo que la fuerza del vacío resultó adecuada aunque se obtenía con fuerza muscular. Fue entonces cuando Denis Papin (1647-1714) planteó generar este vacío mediante el uso de vapor. Este físico francés desarrolló el digestor de vapor, la primera olla a presión con válvula de seguridad, y descubrió que calentando agua y enfriando el vapor se podían conseguir máquinas motrices para molinos, barcos e incluso vehículos automóviles. De carácter visionario, no culminó la materialización de sus ideas al chocar con las limitaciones técnicas de la época, la falta de preparación de los artesanos y la incomprensión de sus coetáneos. Tras enconados esfuerzos en la construcción de una máquina de vapor para bombear el agua de las fuentes del Duque de Hesse se quiso retirar a Londres, para lo cual construyó la primera embarcación a vapor con paletas, pero la airada reacción del gremio de bateleros de Marburgo supuso la destrucción de ésta y el arresto del inventor, que murió en la pobreza siete años después.

Simultáneamente, en Inglaterra, Thomas Savery (1650-1715) construía una bomba de vapor no atmosférica, aplicada a la extracción de agua de las minas, conocida como la amiga del minero, aunque su uso seguía siendo peligroso y poco eficaz.

Thomas Newcomen (1663-1729) fue el primero que diseñaría una máquina de vapor atmosférica, un motor primario que utilizaba el poder de la nada y que fue conocido como la máquina de fuego y aire. Su diseño incluía el movimiento de un pistón en el interior de un cilindro y mejoraba la eficiencia mediante inyección de agua fría, ya que hasta entonces el vapor se condensaba enfriando externamente el cilindro. Distintos científicos, como el sueco Marten Triewald (1671-1747), que dio la primera interpretación teórica del funcionamiento, y el inglés John Smeaton (1724-1792), que diseñó el prototipo de la mandrinadora para mejorar el acabado de los cilindros, incrementaron la eficiencia de la máquina de Newcomen, de la que se decía que necesitaba una mina de hierro para construirla y otra de carbón para alimentarla.

Sin embargo, sería el escocés James Watt (1736-1819) quién introduciría las mayores mejoras. Constructor de herramientas matemáticas para la Universidad de Glasgow, al reparar una máquina de Newcomen llegó a la conclusión de que su alto consumo se debía a las pérdidas motivadas por la inyección de agua fría en el cilindro. Así, optó por realizar la condensación en una cámara independiente, el condensador, lo que unido al calentamiento exterior del cilindro mediante el vapor, multiplicó el rendimiento por tres. Para conseguir un mejor ajuste entre el cilindro y el pistón, evitando las pérdidas en los inevitables juegos de fabricación, Watt pidió colaboración a John Wilkinson (1728-1808), un fabricante de máquinas-herramienta al que había instalado una de sus dos primeras máquinas de vapor en los fuelles de su alto horno. Éste perfeccionó la mandrinadora de Smeaton, una máquina para el mecanizado de diámetros interiores, en la que se hacía girar un eje en cuyo extremo se fijaba un filo de acero, aumentando notablemente la precisión. Mejoras mecánicas como el alineamiento del pistón, su enlace con un cigüeñal para convertir el movimiento en rotativo, el empleo del regulador centrífugo para controlar la velocidad y la conversión de la máquina original en una de doble acción, hicieron que el uso de su máquina de vapor se extendiera rápidamente en todas las aplicaciones industriales, como nueva fuente de energía motriz y posibilitando la Revolución Industrial.

Sorprende el paralelismo entre la evolución de la máquina de vapor y la mandrinadora, concatenando causalidades que generarían un gran cambio en la historia de la humanidad. La lectura de los escritos de Herón y Arquímedes impulsaron a Leonardo y Biringuccio tanto en el estudio de las máquinas de vapor como en el diseño inicial del torno perforador, origen de la mandrinadora, retomada por Smeaton y perfeccionada por Wilkinson para reducir el juego de los cilindros de Watt.

Las máquinas-herramienta de Wilkinson se expandieron fuertemente al abaratarle su fabricación con la nueva energía y por el incremento de precisión que consiguió Joseph Whitworth (1803-1887), lo que a su vez permitió la intercambiabilidad de los componentes y la fabricación en serie, reduciendo costes y permitiendo aumentar el consumo. En paralelo, la misma mandrinadora facilitó la fabricación de los cañones ligeros que utilizaron los ejércitos de Napoleón y que generaron un cambio profundo en el entorno político de Europa, con la desaparición del Antiguo Régimen y el surgimiento del liberalismo y las posteriores democracias occidentales.