La triste historia del primer barco de vapor del mundo y su inventor
Estoy en una situación lamentable. Cuando hago lo mejor que puedo, solo provoco hostilidad.
Denis Papin (de una carta a Leibniz, 1712)
Denis Papin (de una carta a Leibniz, 1712)
Una breve historia de los primeros motores
No se sabe con exactitud cuándo se inventó el primer mecanismo diseñado para la producción en masa de artículos necesarios para la gente. Pero gracias a los registros dejados por el sabio Arquímedes, han llegado hasta nosotros, desde las profundidades de los siglos, descripciones de mecanismos asombrosos que fueron diseñados hace miles de años y funcionaron perfectamente para el beneficio de los pueblos antiguos. Estas máquinas prehistóricas eran impulsadas por la fuerza muscular humana, y las más grandes, por la fuerza animal. Así, los primeros motores fueron el propio hombre y sus ayudantes de cuatro patas (con excepción del gato, a quien nunca fue posible implicar en trabajos socialmente útiles).
El pensamiento humano no se detiene, y ya en aquellos años lejanos la gente empezó a pensar que sería bueno sustituir la alimentación de los animales por algún tipo de fuente constante de energía que no necesitara ser alimentada ni hidratada. Entonces alguien se dio cuenta de que había un río que fluía sin sentido cerca y que no aportaba ningún beneficio significativo a la producción. Alguien decidió aprovechar el poder del agua en movimiento y hacer que el río trabajara en beneficio de la humanidad perezosa. Así se inventó el primero. historias motor - agua.
Al principio se utilizó para levantar (bombear) agua del río y bombearla a canales de riego (bomba de agua), y luego para moler harina (molino de agua). Más tarde, la gente comenzó a utilizar la fuerza extraída del agua para impulsar los ejes de diversas máquinas diseñadas para fabricar una variedad de productos. La antigua máquina hidráulica era bastante primitiva: el agua ponía en movimiento una gran rueda y desde ella la rotación se transfería por medio de engranajes y ejes al eje de transmisión de alguna máquina herramienta.
Aquí surgió un pequeño problema de diseño: la corriente hace girar la rueda hidráulica a una velocidad constante, pero las máquinas requieren rotación a velocidades variables, y más a menudo a velocidades mayores que la velocidad de la rueda. Los mecánicos antiguos eran bastante inteligentes y aprendieron a cambiar la velocidad de rotación de los ejes de transmisión utilizando engranajes de diferentes diámetros: al transferir de un engranaje pequeño a uno grande, la rotación se ralentizó, pero la fuerza transmitida aumentó, y al transferir de uno grande a uno pequeño, por el contrario, la velocidad aumentó y la fuerza disminuyó. Al conectar engranajes de diferentes diámetros (con diferentes números de dientes), fue posible obtener una gran cantidad de relaciones de transmisión, lo que es vital para la máquina cuando realiza trabajos complejos. Así se inventaron las cajas de cambios multietapa: cajas de cambios prehistóricas.
Un poco más tarde, la gente empezó a utilizar la energía eólica y empezó a construir motores eólicos: molinos de viento. Pero el viento era una fuente de energía demasiado caprichosa: a veces soplaba, a veces no, a veces soplaba demasiado débil o en la dirección equivocada y, a veces, de repente soplaba tan fuerte que el molino se caía. Pero el agua del río fluye siempre en una dirección, haciendo girar la rueda a una velocidad prácticamente constante. La invención de la máquina hidráulica marcó el inicio de una etapa importante en la vida de la humanidad: la transición del trabajo manual al trabajo mecánico.
La solución al problema de la toma de fuerza del río dio un fuerte impulso al desarrollo del design thinking y sacó a la luz una nueva profesión: la de técnico mecánico. La construcción técnica antigua más interesante fue un aserradero del siglo XVII.
Gracias a un conjunto complejo de engranajes cilíndricos conectados secuencialmente, la rotación se desvió de la rueda hidráulica y se dividió en dos flujos de energía. El primero, a través de una manivela y varillas, proporcionaba el movimiento alternativo de la hoja de sierra, y el segundo estaba dirigido a un mecanismo complejo que tiraba de un tronco o tabla hacia la hoja. Cambiando el diámetro de las ruedas, fue posible regular tanto la velocidad de la sierra como la velocidad del tronco.
Poco a poco, a lo largo de las orillas del río comenzaron a crecer grandes y pequeñas fábricas: hilanderías, desmotadoras de algodón, aserraderos. Como resultado, cada vez más personas abandonaron la agricultura y se vieron arrastradas al trabajo industrial, y comenzó a surgir una nueva clase: el proletariado.
Pero el motor hidráulico tampoco resultó ser ideal. En primer lugar, las fábricas estaban “atadas” a los ríos, y no todas las zonas tienen ríos. En segundo lugar, en algunos reinos-estado hacía mucho frío en invierno y las máquinas hidráulicas se congelaban. Y los mecánicos de todo el mundo empezaron a devanarse los sesos pensando cómo inventar un motor cuyo funcionamiento no dependiera de los caprichos de la Madre Naturaleza ni estuviera atado al río.
Historia de la invención de la máquina de vapor
El codo está cerca, intenta morderlo. Bueno, los antiguos mecánicos simplemente no pudieron encontrar un principio para construir un motor que funcionara sin la ayuda de fuerzas naturales caprichosas. Se necesitaba algún tipo de fuerza impulsora, pero ¿dónde podría conseguirse?
Y luego, como siempre, Su Majestad Chance acudió en ayuda de la humanidad.
Un día, un científico con un apellido curioso, Papin, decidió hervir algunas patatas. Puso la cacerola al fuego y al cabo de un rato el agua empezó a hervir y el vapor que salía empezó a hacer vibrar desagradablemente la tapa. Este fenómeno común, observado sin pensar millones de veces por muchas personas en todo el mundo, de repente interesó al curioso Papin. Puso una piedra sobre la tapa y comenzó a observar: ¿qué pasaría después?
La tapa permaneció inmóvil por un rato, pero luego comenzó a vibrar nuevamente. Papá puso una piedra más grande y después de un rato el vapor comenzó a sacudir la tapa nuevamente. El científico, como encantado, observó durante largo rato sin apartar la mirada como el vapor empujaba obstinadamente la tapa hacia arriba, luego la presión del vapor disminuyó y la tapa, bajo el peso de la piedra, cayó y luego volvió a subir. Y esto continuó hasta que el agua se hubo evaporado completamente.
Papá añadió un poco de agua y entonces se le ocurrió una idea interesante. Tomó otra tapa de menor diámetro, que encajó perfectamente dentro de la sartén, apenas tocando sus paredes. Y cuando el agua hirvió, bajó la tapa interior y se sorprendió al descubrir que el vapor presionaba uniformemente desde abajo, y la tapa, bajo su presión, subió rápidamente hasta el nivel de los bordes de la olla. Papá vertió un poco de agua para que la tapa quedara casi hasta el fondo y repitió el experimento. El vapor presionó nuevamente la tapa y la forzó a salir de la olla, pero ahora la tapa había viajado más lejos que antes. Aquí Papin se dio cuenta de que el agua hirviendo podía desarrollar una fuerza decente y comenzó a pensar en cómo quitarle esta fuerza y hacer que girara la rueda motriz de la máquina.
Fue en circunstancias tan curiosas que se descubrió el principio de funcionamiento del primer motor de pistón, en el que la tapa era el pistón y la cacerola era el cilindro. Papin expuso su idea de utilizar la energía del vapor para realizar trabajos útiles en su obra “Arte Nuevo” (1707).
Después de este descubrimiento, los mecánicos sólo tuvieron que descubrir cómo convertir el movimiento alternativo del pistón en el movimiento de rotación de la rueda. Esto se logró por medio de una varilla (biela) unida al pistón y un círculo de metal pesado - un volante, que, habiendo girado por el empuje de la biela y habiendo ganado inercia después de que el pistón completó su carrera de trabajo, lo devolvió a su posición original - empujando la tapa dentro de la olla, lo que fue facilitado por una fuerte disminución de la presión en la olla debido a la liberación de vapor al exterior. Y el volante estaba conectado a la biela mediante una varilla corta llamada manivela. Tres bisagras proporcionaban movilidad a las piezas. Esa es toda la sabiduría.
Así, a principios del siglo XVIII, por casualidad, surgió un impulso creativo que finalmente condujo a la creación de la primera máquina de pistón, que más tarde se denominaría máquina de vapor.
Lo anterior sugiere que todos los inventos más importantes son extremadamente simples, y las pistas que conducen a ellos están a nuestro lado, pero no todas las personas tienen la oportunidad de verlas.
Dado que el agua se hervía utilizando un fuego fuera del cilindro, las máquinas de vapor, según la clasificación adoptada en el siglo XIX, se denominaban motores de combustión externa, pero en aquellos lejanos años del siglo XVIII se les llamaba de forma menos fantasiosa: “máquinas de fuego”.
Está claro que la cacerola Papin antes mencionada no podía servir en esta forma como una máquina de vapor funcional adecuada para realizar diversas tareas de producción y, en la historia generalmente aceptada de la construcción de motores, el honor de descubrir la primera máquina de vapor generalmente no se le atribuye a él.
Sólo una cosa se sabe con certeza: Denis Papin era un hombre de gran talento y pasó a la historia como el inventor de la primera válvula de seguridad en calderas de vapor de alta presión, que salvó muchas vidas humanas y todavía se utiliza hoy en día.
Historia de la invención del primer barco de vapor
Sin embargo, a juzgar por la correspondencia que se ha conservado entre Denis Papin y el famoso científico alemán Leibniz, en 1707 el inventor logró realizar el sueño de toda su vida y construir una máquina de vapor funcional. Y no sólo construirlo, sino incluso probarlo y encontrarle una aplicación práctica, adaptándolo como motor marino para una pequeña goleta. De hecho, el genial Papin construyó el primer barco de vapor del mundo, adelantándose 100 años a la era de la construcción de barcos de vapor. Según el inventor, la máquina funcionaba de forma suave y fiable y la goleta navegaba fácilmente contra la corriente.
Pero los gobernantes alemanes, de mente estrecha, no sólo no mostraron ningún interés en el invento, sino que además no dieron a Papin permiso (pase) para navegar desde la desembocadura del río. De Fulda al Weser y luego a Bremen, para finalmente llegar a Londres, donde esperaba despertar gran interés por su descubrimiento. Llevado a un callejón sin salida en la vida, el inventor, con graves limitaciones económicas, decidió tomar una medida desesperada: navegar sin permiso, sin un pase establecido. Abordó su barco de vapor en Kassel junto con su familia y escasas pertenencias y partió la mañana del 24 de septiembre de 1707. El barco de madera con dos enormes ruedas de paletas llegó al pueblo de Locha cerca de Münden, donde amarró a la orilla para reponer sus reservas de carbón.
Esta extraña embarcación, que exhalaba ruidosamente vapor y estaba envuelta en nubes de humo espeso, les parecía a los armadores locales, técnicamente atrasados, un terrible demonio del infierno que, además, tenía la intención de deslizarse descaradamente por la zona de agua que monopolizaban sin pase. Los dueños de los veleros, furiosos, arrastraron el “barco de vapor prehistórico” hasta la orilla y lo destrozaron, lastimando al mismo tiempo los costados de su dueño. En memoria de este acontecimiento, a las personas estúpidas y técnicamente analfabetas se les empezó a llamar tontos.
Grabado de artista desconocido que ilustra la destrucción del barco de vapor de Papin (el desesperado inventor aparece representado en la esquina inferior derecha).
La descripción anterior de la desaparición del barco de vapor es una broma del autor, pero, como sabemos, en cada broma hay sólo una pizca de verdad. Lo más probable es que los armadores sintieran intuitivamente que esta goleta autopropulsada era la precursora de un nuevo tipo de embarcación, independiente de la voluntad de la corriente y del viento caprichoso y capaz de convertirse en serios competidores de sus veleros antediluvianos. Por eso decidieron destruir de raíz al enemigo potencialmente peligroso.
Conmocionado por la tragedia ocurrida, Papin abandonó ese país salvaje, atrapado en la oscura Edad Media, y se mudó a Inglaterra. Sin embargo, destrozado por el fracaso que le sobrevino, abandonó su actividad inventiva y falleció en silencio, pasando los últimos años de su vida en la pobreza y el olvido total; incluso la fecha de su muerte permaneció desconocida.
Así trató la humanidad ingrata a un talentoso inventor que pasó toda su vida trabajando por el progreso técnico.
Los dibujos del motor del barco de Papin no han sobrevivido, y el hecho mismo de su construcción permaneció desconocido en ese siglo, y en el siguiente fue declarado históricamente dudoso. La razón de esto último es obvia: los orgullosos alemanes, que se consideraban una nación de expertos en tecnología, se avergonzaban de admitir que no habían comprendido el valor de la invención de Papin. Y el propio inventor era francés, lo que, al parecer, también contribuyó a su fatal fracaso a la hora de promover el invento en Alemania y fue la razón por la que los alemanes negaron el hecho de construir el primer barco de vapor.
Posteriormente, muchos inventores, desconocidos para ellos por el diseño de la máquina de Papin, intentaron durante mucho tiempo encontrar un esquema de diseño para que la máquina de vapor funcionara con el máximo efecto posible y fuera lo suficientemente fiable. En diferentes años del siglo XVIII se desarrollaron muchos modelos de máquinas de vapor, pero el asunto nunca llegó a concretarse.
Sólo el escocés James Watt consiguió resolver plenamente una tarea tan difícil, que analizaremos a continuación.
Fuentes:
Baudry de Saunier. Un curso detallado sobre la estructura de un automóvil. Imprenta Nick. Orlovsky, Petrogrado, 1916.
Gumilevsky L. Creadores de los primeros motores. Consejo editorial principal de divulgación científica y literatura juvenil. M., 1936
Kuznetsov B.V. Desarrollo de motores térmicos. Editorial Estatal de Energía, M, 1953.
Shpanov N. El nacimiento de un motor. Editorial Estatal de Energía, M, 1934.
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