La potencia de vapor fue la fuerza motriz de gran parte de la Revolución Industrial en el Reino Unido y los Estados Unidos. A fines de la década de 1800, los viajes en todo el mundo llevaban el viaje en ochenta días al alcance de los vapores comerciales y los pasajeros de trenes, mientras impulsaba la expansión del transporte y la industrialización en muchas partes del mundo.

Comprenda
Si bien las peregrinaciones y los viajes educativos como el Gran Tour se establecieron antes de la Era del Vapor, fueron los vehículos de vapor los que hicieron que el viaje fuera un placer, e hizo posible el turismo recreativo, permitiendo a la gente común visitar ciudades y centros turísticos cercanos, la clase media para cruzar El continente, y los más ricos para viajar por el mundo. Los Grandes Hoteles Antiguos usualmente remontan su historia a la Era del Vapor.

La mayoría de los motores de vapor recíprocos fueron suplantados por motores de combustión interna o motores eléctricos durante el siglo XX, especialmente en las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial. La cantidad de trenes de vapor cayó precipitadamente, debido tanto a la generalización de la dieselización o la electrificación del servicio ferroviario existente como a la sustitución de los viajes en tren por los viajes por carretera. Las turbinas de vapor siguen siendo de uso común para algunas aplicaciones, como la generación de energía eléctrica. Las locomotoras de vapor se mantuvieron en reserva incluso en los países occidentales durante mucho tiempo debido a su capacidad de funcionar con prácticamente cualquier combustible, pero muchas de ellas se vendieron a entusiastas o se desecharon en las décadas de 2000 y 2010.

Máquina de vapor
Experimentos tempranos
El primer «motor» rudimentario de vapor registrado fue el aeolipile descrito por Hero of Alexandria, un matemático e ingeniero en el Egipto romano en el primer siglo dC. En los siglos siguientes, los pocos «motores» de vapor conocidos eran, como el aeolipile, dispositivos esencialmente experimentales utilizados por los inventores para demostrar las propiedades del vapor. Un dispositivo de turbina de vapor rudimentario fue descrito por Taqi al-Din en Egipto otomano en 1551 y por Giovanni Branca en Italia en 1629. Jerónimo de Ayanz y Beaumont recibió patentes en 1606 por 50 invenciones a vapor, incluida una bomba de agua para drenar minas inundadas. Denis Papin, un refugiado hugonote, hizo un trabajo útil en el digestor de vapor en 1679, y primero usó un pistón para levantar pesas en 1690.

Motores de bombeo
El primer dispositivo comercial a vapor fue una bomba de agua, desarrollada en 1698 por Thomas Savery. Usó vapor de condensación para crear un vacío que elevó el agua desde abajo y luego utilizó la presión de vapor para elevarla. Los motores pequeños eran efectivos, aunque los modelos más grandes eran problemáticos. Tenían una altura de elevación limitada y eran propensos a las explosiones de calderas. El motor de Savery se usó en minas, estaciones de bombeo y suministro de agua a las ruedas hidráulicas que accionaban la maquinaria textil. El motor de Savery era de bajo costo. Bento de Moura Portugal introdujo una mejora en la construcción de Savery «para hacerla capaz de funcionar por sí misma», como lo describe John Smeaton en las Transacciones filosóficas publicadas en 1751. Continuó fabricándose hasta fines del siglo XVIII. Todavía se sabía que un motor estaba funcionando en 1820.

Motores de vapor de pistón
El primer motor comercialmente exitoso que podía transmitir potencia continua a una máquina, fue el motor atmosférico, inventado por Thomas Newcomen hacia 1712. Mejoró la bomba de vapor de Savery, utilizando un pistón como lo propone Papin. El motor de Newcomen era relativamente ineficiente y se usaba principalmente para bombear agua. Funcionó creando un vacío parcial condensando vapor debajo de un pistón dentro de un cilindro. Se empleó para drenar los trabajos mineros a profundidades hasta ahora imposibles, y para proporcionar agua reutilizable para conducir ruedas hidráulicas en fábricas ubicadas lejos de una «cabeza» adecuada. El agua que pasó sobre la rueda fue bombeada hacia un depósito de almacenamiento sobre la rueda.

En 1720, Jacob Leupold describió una máquina de vapor de alta presión de dos cilindros. La invención fue publicada en su obra principal «Theatri Machinarum Hydraulicarum». El motor utilizó dos pistones pesados ​​para proporcionar movimiento a una bomba de agua. Cada pistón se elevó por la presión de vapor y volvió a su posición original por gravedad. Los dos pistones compartían una válvula rotativa de cuatro vías común conectada directamente a una caldera de vapor.

El siguiente paso importante ocurrió cuando James Watt desarrolló (1763–1775) una versión mejorada del motor de Newcomen, con un condensador separado. Los primeros motores de Boulton y Watt usaron la mitad de carbón que la versión mejorada de Newcomen’s de John Smeaton. Los primeros motores de Newcomen y Watt eran «atmosféricos». Fueron impulsados ​​por presión de aire empujando un pistón en el vacío parcial generado por la condensación de vapor, en lugar de la presión de expansión de vapor. Los cilindros del motor tenían que ser grandes porque la única fuerza útil que actuaba sobre ellos era la presión atmosférica.

Watt desarrolló aún más su motor, modificándolo para proporcionar un movimiento giratorio adecuado para conducir maquinaria. Esto permitió que las fábricas se ubicaran lejos de los ríos y aceleró el ritmo de la Revolución Industrial.

Motores
de alta presión El significado de alta presión, junto con un valor real por encima del ambiente, depende de la época en que se usó el término. Para el uso temprano del término, Van Reimsdijk se refiere a que el vapor está a una presión suficientemente alta que podría ser expulsado a la atmósfera sin depender de un vacío que le permita realizar un trabajo útil. Ewing 1894, p. 22 indica que los motores de condensación de Watt eran conocidos, en ese momento, como baja presión en comparación con los motores de alta presión y sin condensación del mismo período.

La patente de Watt impidió que otros fabricaran motores de alta presión y compuestos. Poco después de que la patente de Watt expirara en 1800, Richard Trevithick y, por separado, Oliver Evans en 1801 introdujeron motores utilizando vapor a alta presión; Trevithick obtuvo su patente de motor de alta presión en 1802, y Evans había hecho varios modelos de trabajo antes de esa fecha. Estos eran mucho más potentes para un tamaño de cilindro dado que los motores anteriores y podían ser lo suficientemente pequeños para aplicaciones de transporte. A partir de entonces, los desarrollos tecnológicos y las mejoras en las técnicas de fabricación (provocadas en parte por la adopción del motor de vapor como fuente de energía) dieron como resultado el diseño de motores más eficientes que podrían ser más pequeños, más rápidos o más potentes, según la aplicación prevista.

El motor de Cornualles fue desarrollado por Trevithick y otros en la década de 1810. Era un motor de ciclo compuesto que usaba vapor de alta presión de manera expansiva, luego condensaba el vapor de baja presión, haciéndolo relativamente eficiente. El motor de Cornualles tenía un movimiento irregular y un par a lo largo del ciclo, limitándolo principalmente al bombeo. Los motores de Cornualles se utilizaron en minas y para el suministro de agua hasta finales del siglo XIX.

Motor estacionario horizontal Los
primeros constructores de motores de vapor estacionarios consideraron que los cilindros horizontales estarían sujetos a un desgaste excesivo. Por lo tanto, sus motores estaban dispuestos con el eje del pistón vertical. Con el tiempo, la disposición horizontal se hizo más popular, permitiendo que los motores compactos, pero potentes, fueran instalados en espacios más pequeños.

El acme del motor horizontal fue el motor de vapor Corliss, patentado en 1849, que era un motor de contraflujo de cuatro válvulas con válvulas de admisión y escape de vapor separadas y corte automático de vapor variable. Cuando Corliss recibió la Medalla Rumford, el comité dijo que «ningún invento desde los tiempos de Watt ha mejorado tanto la eficiencia de la máquina de vapor». Además de usar un 30% menos de vapor, proporcionó una velocidad más uniforme debido al corte variable del vapor, lo que lo hace muy adecuado para la fabricación, especialmente el hilado de algodón.

Vehiculos de carretera
Los primeros vehículos experimentales a vapor fueron construidos a fines del siglo XVIII, pero no fue hasta que Richard Trevithick desarrolló el uso de vapor a alta presión, alrededor de 1800, que las máquinas de vapor móviles se convirtieron en una propuesta práctica. La primera mitad del siglo XIX vio un gran progreso en el diseño de vehículos de vapor, y en la década de 1850 se estaba volviendo viable para producirlos sobre una base comercial. Este progreso se vio frenado por la legislación que limitaba o prohibía el uso de vehículos a vapor en las carreteras. Las mejoras en la tecnología de los vehículos continuaron desde la década de 1860 hasta la década de 1920. Los vehículos de vapor se utilizaron para muchas aplicaciones. En el siglo XX, el rápido desarrollo de la tecnología de motores de combustión interna condujo a la desaparición de la máquina de vapor como fuente de propulsión de vehículos sobre una base comercial, Quedan relativamente pocos en uso después de la Segunda Guerra Mundial. Muchos de estos vehículos fueron adquiridos por entusiastas para la conservación, y numerosos ejemplos todavía existen. En la década de 1960, los problemas de contaminación del aire en California dieron lugar a un breve período de interés en desarrollar y estudiar los vehículos a vapor como un posible medio para reducir la contaminación. Además del interés de los entusiastas del vapor, el vehículo de réplica ocasional y la tecnología experimental, actualmente no se producen vehículos a vapor. En la década de 1960, los problemas de contaminación del aire en California dieron lugar a un breve período de interés en desarrollar y estudiar los vehículos a vapor como un posible medio para reducir la contaminación. Además del interés de los entusiastas del vapor, el vehículo de réplica ocasional y la tecnología experimental, actualmente no se producen vehículos a vapor. En la década de 1960, los problemas de contaminación del aire en California dieron lugar a un breve período de interés en desarrollar y estudiar los vehículos a vapor como un posible medio para reducir la contaminación. Además del interés de los entusiastas del vapor, el vehículo de réplica ocasional y la tecnología experimental, actualmente no se producen vehículos a vapor.

Motores marinos
Cerca del final del siglo XIX, los motores compuestos entraron en uso generalizado. Los motores compuestos agotan el vapor en cilindros sucesivamente más grandes para acomodar los volúmenes más altos a presiones reducidas, lo que mejora la eficiencia. Estas etapas se denominaron expansiones, siendo comunes los motores de expansión doble y triple, especialmente en los envíos donde la eficiencia era importante para reducir el peso del carbón transportado. Las máquinas de vapor siguieron siendo la fuente de energía dominante hasta principios del siglo XX, cuando los avances en el diseño de la turbina de vapor, los motores eléctricos y los motores de combustión interna dieron lugar gradualmente a la sustitución de los motores de vapor (pistón) recíprocos, con envío en el siglo XX. Confiando en la turbina de vapor.

Locomotoras de vapor
A medida que el desarrollo de las máquinas de vapor avanzaba a lo largo del siglo XVIII, se hicieron varios intentos para aplicarlas al uso de carreteras y ferrocarriles. En 1784, William Murdoch, un inventor escocés, construyó un prototipo de locomotora de vapor. Un modelo de trabajo temprano de una locomotora de riel de vapor fue diseñado y construido por el pionero del barco de vapor John Fitch en los Estados Unidos, probablemente durante la década de 1780 o 1790. Su locomotora de vapor utilizaba ruedas de palas interiores guiadas por rieles o vías.

Richard Trevithick construyó la primera locomotora de vapor ferroviaria a gran escala en el Reino Unido y, el 21 de febrero de 1804, tuvo lugar la primera travesía ferroviaria del mundo cuando la locomotora de vapor sin nombre de Trevithick transportaba un tren a lo largo del tranvía desde Pen-y-Darren. herrería, cerca de Merthyr Tydfil a Abercynon en el sur de Gales. El diseño incorporó una serie de innovaciones importantes que incluyeron el uso de vapor a alta presión que redujo el peso del motor y aumentó su eficiencia. Trevithick visitó el área de Newcastle más tarde, en 1804, y los ferrocarriles en el noreste de Inglaterra se convirtieron en el principal centro de experimentación y desarrollo de locomotoras de vapor.

Trevithick continuó sus propios experimentos usando un trío de locomotoras, concluyendo con el programa Catch Me Who Can Can en 1808. Solo cuatro años después, la exitosa locomotora de dos cilindros Salamanca de Matthew Murray fue utilizada por el ferrocarril de Middleton. En 1825, George Stephenson construyó la locomoción para el ferrocarril de Stockton y Darlington. Este fue el primer tren de vapor público en el mundo y luego, en 1829, construyó The Rocket, en el que entró y ganó los Rainhill Trials. El ferrocarril de Liverpool y Manchester se inauguró en 1830 haciendo uso exclusivo de la energía de vapor para los trenes de pasajeros y de carga.

Las locomotoras de vapor continuaron fabricándose hasta fines del siglo XX en lugares como China y la antigua Alemania Oriental (donde se produjo la clase DR 52.80).

Turbinas de vapor
La última evolución importante del diseño de la máquina de vapor fue el uso de turbinas de vapor a partir de finales del siglo XIX. Las turbinas de vapor son generalmente más eficientes que las máquinas de vapor de pistón alternativo (para salidas por encima de varios cientos de caballos de fuerza), tienen menos partes móviles y proporcionan potencia rotativa directamente en lugar de a través de un sistema de biela o medios similares. Las turbinas de vapor virtualmente reemplazaron los motores alternativos en las estaciones de generación de electricidad a principios del siglo XX, donde su eficiencia, mayor velocidad apropiada para el servicio del generador y una rotación suave eran ventajas. Hoy en día la mayor parte de la energía eléctrica es proporcionada por turbinas de vapor. En los Estados Unidos, el 90% de la energía eléctrica se produce de esta manera utilizando una variedad de fuentes de calor.

Desarrollo actual
Aunque la máquina de vapor recíproca ya no tiene un uso comercial generalizado, varias compañías están explorando o explotando el potencial del motor como una alternativa a los motores de combustión interna. La compañía Energiprojekt AB en Suecia ha avanzado en el uso de materiales modernos para aprovechar la potencia del vapor. La eficiencia del motor de vapor de Energiprojekt alcanza un 27-30% en motores de alta presión. Es un motor de un solo paso, de 5 cilindros (sin compuesto) con vapor sobrecalentado y consume aprox. 4 kg (8.8 lb) de vapor por kWh.

Ferrocarriles de
vapor Mientras que el vapor se ve con nostalgia o incluso anhelo de los «buenos tiempos» en lugares donde el último servicio de vapor ocurrió algunas décadas atrás, muchas economías en desarrollo o emergentes ven la existencia continua de cualquier locomotora de vapor como «al revés» y una vergüenza. . Alemania occidental tenía una prohibición de vapor casi total en la línea principal después de que se retiraron las últimas locomotoras de vapor oficiales. Actitudes similares prevalecen hoy en algunos países. Dicho esto, en líneas marginales o abandonadas, el vapor todavía se ve con frecuencia y, a veces, incluso hay un recargo en los boletos cuando las locomotoras de vapor operan en comparación con los trenes diésel «normales».

Vapores, barcos y botes
Antes de la adopción generalizada de los viajes aéreos comerciales en la era posterior a la Segunda Guerra Mundial, los poderosos transatlánticos surcaron los mares. Los Royal Mail Ships de la era RMS Titanic, compitiendo por transportar a los millonarios del día, compitieron agresivamente en velocidad y lujo.

En ríos interiores como el Mississippi, el distintivo barco de vapor con rueda de paletas fue una vez una vista común. Algunos todavía funcionan como restauraciones históricas o como réplicas, imitaciones de precisión variable.

Canadá
RMS Segwun, Gravenhurst es un barco de vapor restaurado completamente operativo. Construida en 1887, originalmente transportaba a los vacacionistas a las cabañas de Muskoka y entregaba carga y correo.
PS Trillium, Toronto, es un barco de vapor de rueda lateral que sirvió como un ferry de las islas de Toronto desde 1910-1957. Fue restaurada y puesta en servicio en el sistema de transbordadores de la isla de Toronto en 1976.

Inglaterra
Un pequeño número de barcos pequeños a vapor continúan operando en Windermere en el Distrito de los Lagos de Inglaterra.

Barco de
vapor de Escocia Sir Walter Scott, muelle de Trossachs, Loch Katrine, por Callander, Stirling.
PS Waverley es el último barco de vapor de mar en el mundo. Construida en 1946, navegó en el Firth of Clyde durante muchos años. Desde la restauración, Waverley ha realizado excursiones regulares durante el verano. La mayoría navega desde Clyde, pero también hay algunos viajes por la costa oeste y las Hébridas de Escocia, así como por el canal de Bristol, el Támesis y la costa sur de Inglaterra.

Los Estados Unidos de América
Belle of Louisville, Louisville, Kentucky, es el barco de vapor al estilo del río Mississippi más antiguo y un Monumento Histórico Nacional.
Ticonderoga, Shelburne (Vermont) es un barco de vapor que sirvió como un ferry del Lago Champlain hasta 1969. Preservado y transportado por tierra al Museo Shelburne, ahora está abierto para visitas.

Motores de vapor estáticos
El primer uso de la energía de vapor para la industria fue el bombeo (originalmente de minas), pero los grandes motores de vapor se convirtieron en la fuerza motriz de toda clase de maquinaria industrial, desde textiles hasta suministro de agua. Algunas ciudades (incluyendo Otaru Japón, Vancouver Canadá y Saint Helier Jersey) pretenden operar un reloj de vapor, o un reloj que activa un silbato de vapor, como un punto de referencia local en algún punto central del pueblo.

Canadá
Pump House y Steam Museum, Kingston (Ontario), antigua estación de bombeo de agua municipal a vapor restaurada en la década de 1970

Inglaterra
Kew Bridge, Museo del vapor.
Museo de vapor de Bolton.
Forncett Industrial Steam Museum, Forncett St Mary, Norfolk, Inglaterra NR16 1JJ, ☏ +44 1508 488277, [email protected].

La
Isla de la Cacatúa de Australia en Sydney es el hogar de una grúa a vapor que se usaba para cargar barcos.
Carruseles de vapor, galopadores y equipamiento ferial.

Carrusel De Vapor De Países Bajos , Efteling.

England
Carter’s es una feria de atracciones, con algunos de los equipos antiguos (en particular, sus galopadores) operados a vapor. Funciona según la temporada, en un horario de gira, por lo que los lugares varían.

Motores de tracción y turismos.

Colección de vapor de Inglaterra Hollycombe

Los
motores de vapor de seguridad poseen calderas y otros componentes que son recipientes a presión que contienen una gran cantidad de energía potencial. Escapes de vapor y explosiones de calderas (típicamente BLEVES) pueden y han causado en el pasado grandes pérdidas de vidas. Si bien pueden existir variaciones en los estándares en diferentes países, se aplican estrictos requisitos legales, pruebas, capacitación, cuidado con la fabricación, operación y certificación para garantizar la seguridad.

Los modos de falla pueden incluir:

sobrepresión de la caldera la
falta de agua en la caldera provoca el sobrecalentamiento y la falla de la
acumulación de sedimentos y escamas que causan los puntos calientes locales, especialmente en embarcaciones fluviales que utilizan la
falla de la caldera de agua de alimentación de la caldera debido a una construcción o mantenimiento inadecuados.
escape de vapor de las tuberías / caldera que causa escaldadura

Los motores de vapor a menudo poseen dos mecanismos independientes para garantizar que la presión en la caldera no sea demasiado alta; uno puede ser ajustado por el usuario, el segundo se diseña típicamente como último seguro a prueba de fallos. Tales válvulas de seguridad tradicionalmente usaban una palanca simple para sujetar una válvula de tapón en la parte superior de una caldera. Un extremo de la palanca llevaba un peso o resorte que sujetaba la válvula contra la presión de vapor. Las válvulas tempranas podrían ser ajustadas por los conductores del motor, lo que provocó muchos accidentes cuando un conductor sujetaba la válvula para permitir una mayor presión de vapor y más potencia del motor. El tipo de válvula de seguridad más reciente utiliza una válvula de resorte ajustable, que está bloqueada de modo que los operadores no pueden alterar su ajuste a menos que se rompa un sello ilegalmente. Este arreglo es considerablemente más seguro.

Los tapones fusibles de plomo pueden estar presentes en la corona de la cámara de combustión de la caldera. Si el nivel del agua desciende, de manera que la temperatura de la corona de la cámara de combustión aumenta significativamente, el plomo se derrite y el vapor se escapa, advirtiendo a los operadores, quienes pueden entonces reprimir manualmente el fuego. Excepto en las calderas más pequeñas, el escape de vapor tiene poco efecto en apagar el fuego. Los enchufes también son demasiado pequeños en el área para disminuir significativamente la presión de vapor, despresurizando la caldera. Si fueran más grandes, el volumen de escape de vapor pondría en peligro a la tripulación.