El domador de vapor James Watt
Watt nació en Escocia en 1736. De niño, solía estar enfermo y asistía a la escuela solo de forma intermitente. Su educación fue en casa: parte impartida por sus padres, parte por él mismo, gracias a su inteligencia innata. A los 18 años, el joven se trasladó a Londres, donde pasó un año aprendiendo el oficio de fabricar y reparar instrumentos de medición. Además de su mente inquisitiva, James tenía una gran destreza manual, y la combinación de estas dos cualidades acabó convirtiéndolo en un hombre de renombre internacional.
Watt comenzó su carrera como mecánico en la Universidad de Glasgow, donde trabajó como fabricante de instrumentos matemáticos y dirigió un pequeño taller. Este oficio, hoy olvidado, requería no solo un profundo conocimiento del funcionamiento de cualquier mecanismo, sino también ciertos conocimientos científicos. Es cierto que no cualquiera puede fabricar un teodolito, construir un gran órgano de iglesia o reparar un monumental reloj de torre. Para Watt, este trabajo parecía una tarea sencilla y directa; parecía que no existía mecanismo averiado en el mundo que sus hábiles manos no pudieran reparar.
Constantemente rodeado de círculos científicos y con una curiosidad innata, Watt pronto se convirtió en una persona polifacética, familiarizándose con los fundamentos de las ciencias naturales de la época e incluso aprendiendo varios idiomas extranjeros de forma autodidacta. En su tiempo libre, incursionó en la filosofía y la música. Con el paso de los años, el joven maestro se consolidó como un verdadero científico e ingeniero, y su pequeño taller pronto se convirtió en una especie de club donde jóvenes científicos se reunían por las tardes para debatir ideas y, acto seguido, comprobar su validez mediante la experimentación.
El joven maestro disfrutaba enormemente de su trabajo en la universidad, pero su situación económica era crítica, pues Dios no le había concedido el don de ganar dinero. Sin embargo, finalmente, el Señor se compadeció de Watt: su amigo Craig le propuso una empresa conjunta, asumiendo los gastos de la creación de un nuevo taller independiente y encargándose de la administración, dejando a su socio libre para dedicar su tiempo libre por completo a su pasatiempo favorito: diseñar y reparar mecanismos. La nueva empresa fue un éxito; Craig demostró ser un administrador hábil, y el taller pronto se hizo inmensamente popular en la ciudad, literalmente desbordado de pedidos.
Un día, uno de los profesores se acercó a Watt con la petición de que averiguara por qué el modelo del motor atmosférico de vapor primitivo de Newcomen, entregado recientemente a la universidad, se negaba obstinadamente a funcionar.
El ingeniero abordó la tarea con su habitual meticulosidad y, cautivado inesperadamente por el diseño del motor, no solo identificó sus fallos mecánicos, sino que también introdujo mejoras significativas. En el motor de Newcomen, el vapor se condensaba en el cilindro como resultado de la inyección de agua en su interior, y el pistón realizaba su carrera de potencia de arriba abajo gracias al vacío creado dentro del cilindro (de ahí el nombre de "atmosférico").
Watt introdujo un dispositivo adicional en el diseño: un condensador de vapor, que aumentó significativamente la eficiencia del motor.
Gradualmente, la máquina de vapor acaparó por completo la atención del maestro, y Watt comenzó a realizar diversos experimentos para comprender mejor las propiedades del vapor y los procesos que ocurren tras su entrada en el cilindro. El éxito de su trabajo se vio favorecido significativamente por la ayuda del físico Black, quien se convirtió en su mentor y asesor científico. Este trabajo cautivó cada vez más al mecánico, y pronto abandonó cualquier otro empleo para dedicarse exclusivamente a sus máquinas de vapor.
Así, tras dos años de investigación, Watt inventó su propia máquina de vapor, a la que modestamente denominó "máquina Newcomen mejorada". La máquina superó a su prototipo primitivo en diseño y eficiencia, aunque seguía funcionando según el principio intermitente (el pistón solo realizaba su carrera de potencia al moverse del punto muerto superior al punto muerto inferior, impulsado por la fuerza generada por el vacío en el cilindro).
Pero la suerte de Watt se le acabó por mucho tiempo; no lograba construir un prototipo funcional que demostrara claramente las ventajas de su invento a los industriales. Finalmente, gastó todos sus ahorros en la construcción de diseños experimentales, se endeudó y, posteriormente, su esposa falleció, dejándolo con dos hijos pequeños a su cargo. En ese momento, Watt cayó en la más absoluta desesperación y, en su estado de confusión mental, estuvo a punto de huir a Rusia, donde le ofrecieron la oportunidad de fundar y dirigir una fábrica de máquinas de vapor. Sin embargo, sus amigos lo disuadieron de viajar a lo que él consideraba un país completamente bárbaro, donde (en su opinión) seguramente sería devorado por lobos hambrientos. Así, las desafortunadas circunstancias impidieron que Rusia se convirtiera en la cuna de las primeras máquinas de vapor producidas en masa.
En resumen, al principio la máquina de vapor no le trajo más que problemas al inventor.
Pero entonces Watt finalmente tuvo suerte: su viejo conocido, el ingeniero industrial Matthew Bolton, persuadió al inventor para que iniciara una empresa conjunta y le ofreció apoyo financiero. Y si no fuera por Bolton, el inmerecidamente olvidado historiaSin las dificultades de la vida, Watt jamás habría podido materializar sus brillantes ideas. El primer motor de vapor de acción simple (de acción intermitente) fue diseñado por el inventor en 1765, pero la producción regular de máquinas de vapor de este diseño no se estableció hasta diez años después. Los motores fabricados por Watt y Bolton eran bastante primitivos y se utilizaban únicamente como mecanismos de accionamiento para bombas que drenaban el agua de las minas de carbón.
Otro logro importante del prudente Bolton fue animar a Watt a prorrogar la vigencia de su patente de condensador, que estaba a punto de expirar. En 1775, bajo la influencia del elocuente industrial, el Parlamento inglés, tras considerar todas las circunstancias, prorrogó la patente por 25 años. Esto, según muchos historiadores, limitó considerablemente el desarrollo de otros inventores de máquinas de vapor y retrasó significativamente el avance de esta importante empresa.
Para perfeccionar aún más la máquina, fue necesario incorporar un mecanismo que convirtiera el movimiento alternativo del pistón en el movimiento giratorio de la rueda. Si bien este mecanismo existía en la antigüedad y se utilizaba en tornos, un tal Piccard logró patentarlo como invención propia. Reacio a ceder ante un oportunista y adquirir una patente, el brillante Watt, para demostrar la diferencia entre un inventor y un estafador, desarrolló y patentó cinco mecanismos distintos para resolver este problema técnico. Sin embargo, años después, finalmente volvió al mecanismo de manivela, de eficacia probada. Aun así, demostró su ingenio al introducir una mejora adicional en el accionamiento, posteriormente conocida como el "paralelogramo de Watt", e inventó también el regulador centrífugo, que todavía se utiliza en máquinas de este tipo.
En 1782, Watt realizó el invento más importante de su vida, donde sus brillantes ideas encontraron su materialización definitiva en metal: diseñó la llamada "máquina de vapor de doble efecto", que en aquel entonces todavía estaba equipada con un mecanismo de transmisión planetario-solar (se utilizaba en un molino de vapor).
A diferencia de los diseños anteriores, donde el pistón solo producía trabajo útil en una carrera y desperdiciaba la segunda, en la nueva máquina se realizaba trabajo para hacer girar la rueda motriz en cada carrera del pistón. Y en esta máquina de Watt, la carrera de potencia del pistón se lograba gracias a la presión del vapor, no al vacío. En resumen, en la máquina de Newcomen, el pistón era arrastrado por presión negativa, mientras que en la máquina de Watt, era empujado por presión positiva.
El papel de esta máquina resultó ser colosal; su diseño no solo se convirtió en la base de las máquinas de vapor producidas posteriormente, sino que también sirvió como modelo inicial para el desarrollo por parte de Lenoir del primer motor de combustión interna producido en masa.
Un desarrollo posterior de la creatividad del inventor fue una máquina con transmisión por manivela:
Para 1880, las patentes principales de Watt habían expirado, y las iniciativas creativas de otros inventores, que antes se veían limitadas por ellas, tuvieron la oportunidad de desarrollarse aún más. Con el paso de los años, el diseño de la máquina mejoró; en concreto, las delicadas válvulas se sustituyeron por un único componente —una válvula deslizante— y se rediseñó el mecanismo de palanca que transmitía la fuerza del pistón al eje de transmisión. Finalmente, la máquina adquirió el siguiente diseño.
El pistón de disco 6 dividía el cilindro en dos cámaras. Primero, el vapor, bombeado desde una caldera de vapor independiente, se alimentaba a alta presión a través del tubo 1 al distribuidor (válvula de carrete) 3, desde donde entraba en la cámara del cilindro (izquierda en la figura) a través del orificio de entrada, ejerciendo presión sobre el pistón 6 y desplazándolo hacia la derecha. Durante su recorrido, el pistón, mediante el mecanismo de accionamiento 7-11, hacía girar el volante 12.
Una vez que el pistón alcanzó su posición más a la derecha, la válvula 4, que funciona como mecanismo de sincronización de válvulas, se desplazó hacia la izquierda, cerrando el puerto de admisión izquierdo y abriendo simultáneamente la salida de vapor de escape de la cámara izquierda 5 a través del tubo 2. Esta salida también despejó el puerto de admisión de la cámara derecha, permitiendo que una nueva cantidad de vapor entrara en el cilindro y presurizara el pistón. El pistón realizó una segunda carrera y, al regresar a su posición original, impulsó nuevamente el volante a través del mecanismo de transmisión, completando así una revolución en dos carreras del pistón. Este fue el doble funcionamiento de la máquina.
Otra prueba de que James Watt no solo era mecánico, sino también científico, la proporciona su invención de una medida universal del rendimiento de las máquinas de vapor: el caballo de fuerza, definido por el inventor como la fuerza necesaria para levantar una carga de 76,04 kg un metro en un segundo. Esta unidad, desarrollada por Watt mediante numerosos experimentos con los caballos más fuertes de Londres, permitía a los compradores determinar fácilmente qué máquina de entre las disponibles se necesitaría para completar la tarea prevista.
Lo anterior demuestra que Watt fue una persona extraordinaria, y su contribución al desarrollo de la tecnología mundial es verdaderamente invaluable.
A pesar del rápido desarrollo de los motores de combustión interna en los siglos posteriores, nunca llegaron a reemplazar por completo a las máquinas de vapor. Estas antiguas creaciones humanas han experimentado numerosas mejoras y han perdurado hasta nuestros días. Por ejemplo, sus descendientes, las turbinas de vapor, se utilizan en todo el mundo en centrales de cogeneración, donde la energía del vapor se emplea primero para generar electricidad y, tras ser descargada del motor, se utiliza para producir agua caliente, que luego se emplea para diversos fines, como la calefacción de edificios.
El nombre del inventor quedó inmortalizado muchas décadas después de su muerte en la unidad de medida de potencia, el vatio, introducida en 1882.
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