La máquina de vapor y la termodinámica

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PARA QUITARLE EL POLVO ......................................................................
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CONTRIBUCIONES SOBRE LA
HISTORIA DE LA QUÍMICA

LA MÁQUINA DE VAPOR Y
LA TERMODINÁMICA
Alberto Cárdenas Ramírez*
dor separado. Las máquinas de vapor a alta presión fueron ideadas por Trevithick (17711833) en 1801. Esta mejora hizo posible la locomotora en 1929, así como losbarcos de vapor para la navegación fluvial y el cabotaje. Los barcos para navegación marítima surgen hasta 1885. La historia de cómo las máquinas de vapor encontraron más y más aplicaciones, es también la historia de cómo paulatinamente se les perfeccionó para ser cada vez más eficientes, es LAS MÁQUINAS DE VAPOR La Revolución Industrial trajo consigo las pri- decir, cómo con menos combustible(carbón) reameras máquinas de vapor. El capitán inglés lizaban más trabajo. Efectivamente, al principio Savery (1650-1715)construyó en 1699 una má- consumían tanto combustible que únicamente quina bautizada por él mismo como "el amigo se les utilizaba en las minas de carbón, ya que del minero". Era una máquina de vacío que, al allí el combustible era prácticamente gratis. El condensar vapor,succionaba el agua que inun- barco para la navegación marítima apareció con daba las minas. A partir de entonces, las máqui- tanto retraso debido a que, antes de 1885, la nas de vapor se fueron perfeccionando. El herre- cantidad de combustible necesaria para realizar ro inglés Thomas Newcomen (1663-1729)utiliza un viaje era tan grande que no cabía en el barco. Mientras en Inglaterra se desarrollaban laspor primera vez un pistón, en 1712 y, en 1765, James Watt (1736-1819)introduce el condensa- máquinas de vapor, en Francia, el ingeniero

INTRODUCCIÓN En este artículo se presentan algunos de los razonamientos que realizó Sadi Carnot con respecto a la máquina de vapor en el primer cuarto del siglo pasado, y que lo llevaron a ser considerado uno de los pioneros en el desarrollo de la teoríatermodinámica. Algunas de esas conclusiones sirvieron de base a W. Thompjon y a E. Clausius para desarrollar formalmente esta teoría.

* Departamento
de Ciencias Básicas, Universidad Autónoma MetropolitanaAzcapotzalco. Enviado: 30 de noviembre de 1990.

Aceptado: 24 de febrero de 1992.

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Sadi Carnot (1796-1832) se preguntaba hasta dónde podían serperfeccionadas. Carnot estudió el funcionamiento de las máquinas de vapor de su época y fue capaz de descubrir el principio en que se basaban.

LA MÁQUINADE NEWCOMEN
Carnot encontró que todas las máquinas de vapor funcionaban bajo un esquema similar, por lo que a manera de ejemplo analizaremos únicamente la de Newcomen, representada esquemáticamente en la Figura 1. La máquina de Newcomen estáconstituida por una caldera en la que se obtiene el vapor, un cilindro, un recipiente con agua fría y un dispositivo mecánico para hacer trabajo (un balancín). Funciona de la siguiente manera: el vapor que proviene de la caldera se introduce al cilindro, lo que provoca que el émbolo suba y que con ello se mueva el balancín (Figura la). Una vez lleno el cilindro, se impide la entrada de más vapor alcerrarse la válvula de conexión con la caldera y abrirse la que conecta con el recipiente de agua fría. Con la entrada de ésta, se condensa el vapor en el cilindro, provocándose un vacío que hace bajar el émbolo y a su vez regresar al balancín (Figura lb). La repetición cíclica de estas operaciones hace que el balancín describa un movimiento que puede ser utilizado para efectuar un trabajo.

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El principio de una máquina de vapor

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Figura 2

LAS MÁQUINASTÉRMICAS Al analizar máquinas como la de Newcomen, Carnot notó que todas las máquinas de vapor estaban constituidas de: - una fuente de calor a alta temperatura generalmente una caldera, en donde el agua que hervía generaba vapor (Figura 2); - un enfriador o vertedero de calor a baja...