Todo sobre el vapor.
Durante siglos, el hombre ha intentado aprovechar la fuerza mecánica del calor y el agua. Ya en el año 200 a.C., Héroe de Alejandría describió un dispositivo llamado eolípilo, considerado la primera máquina de vapor de la que se tiene constancia. Una bola que contenía agua se montaba sobre un caldero y, al calentarse, dos tubos doblados que sobresalían disparaban chorros de vapor, haciendo girar la bola. En los siglos siguientes se concibieron muchos dispositivos de este tipo a medida que los científicos estudiaban los principios de la hidráulica, la neumática y las propiedades de los gases, pero estos dispositivos no realizaban un trabajo real. No fue hasta el siglo XVIII en Gran Bretaña cuando la máquina de vapor empezó a cambiar no sólo la cara de la industria, sino la relación de la humanidad con el trabajo y la sociedad.
El agua se hierve para crear vapor que empuja hacia arriba un pistón en un cilindro. El vástago del pistón está unido a un travesaño y, a medida que el pistón sube, el peso de una varilla de la bomba colgada en el extremo opuesto del travesaño tira hacia abajo. Cuando el pistón llega a la parte superior del cilindro, se inyecta un chorro de agua en el cilindro del pistón que hace que el vapor se condense, aspirando el pistón de nuevo hacia abajo. El agua de refrigeración se drena y el ciclo se repite indefinidamente.
En 1712, Thomas Newcomen y su ayudante John Cally presentaron la primera máquina de vapor comercialmente viable. La máquina atmosférica de Newcomen utilizaba el vapor para impulsar una bomba. Aunque no era muy eficiente, cientos de estas máquinas se utilizaron para bombear el agua de las minas de carbón británicas y de las zonas inundadas.
A finales del siglo XVIII, James Watt, el hombre que acabaría siendo llamado el padre de la máquina de vapor, mejoró en gran medida la eficiencia del motor estacionario cuando patentó un motor de «doble efecto» que utilizaba vapor a alta presión a ambos lados del pistón para duplicar el rendimiento. Sus patentes también incluían dispositivos auxiliares como manómetros, válvulas de mariposa y reguladores de vapor. En colaboración con el fabricante Matthew Boulton, las mejoras e inventos de Watt impulsaron la revolución industrial.
Siguiendo las mejoras de Watt, muchos inventores intentaron adaptar la máquina de vapor a los medios de transporte tanto terrestres como acuáticos. Conseguir la fuerza motriz del vapor permitiría, por primera vez en la historia, que el hombre viajara por tierra a una velocidad superior a la del caballo domesticado.
La locomotora de tranvía de Trevithick
En 1802, Richard Trevithick patentó una «máquina de alta presión» y creó el primer motor de locomotora a vapor sobre raíles. Trevithick escribió el 21 de febrero de 1804, después de la prueba de su máquina de tranvía de alta presión, que «transportó diez toneladas de hierro, cinco vagones y 70 hombres… más de 9 millas… en 4 horas y 5 minutos». Aunque parezca un viaje pesado, fue el primer paso hacia un invento que cambiaría por completo la relación del hombre con el tiempo y el espacio.
George Stephenson y su hijo, Robert, construyeron la primera locomotora de vapor práctica. Stephenson construyó su «máquina viajera» en 1814, que se utilizó para transportar carbón en la mina de Killingworth. En 1829, los Stephenson construyeron la famosa locomotora Rocket, que utilizaba una caldera multitubular, una práctica que continuó en las sucesivas generaciones de máquinas de vapor. La Rocket ganó el concurso de las Pruebas de Rainhill, celebradas para resolver la cuestión de si era mejor mover los vagones por los raíles mediante máquinas de vapor fijas que utilizaban un sistema de poleas o mediante el uso de locomotoras de vapor. El Rocket ganó el premio de 500 libras con su velocidad media de 13 millas por hora (sin tirar de la carga, el Rocket alcanzaba velocidades de hasta 29 millas por hora), superando al Novelty de Braithwaite y Erickson y al Sans Pareil de Timothy Hackworth. Los Stephenson incorporaron a sus motores elementos que se utilizaron en las siguientes generaciones de máquinas de vapor.
Motor de la locomotora patentada de Stephenson
Aunque la primera locomotora que operó en un ferrocarril estadounidense fue la Stourbridge Lion, construida en 1828 e importada de Inglaterra por Horatio Allen de Nueva York, las locomotoras británicas no llegaron a dominar los ferrocarriles americanos porque eran demasiado pesadas para las relativamente ligeras y a menudo irregulares vías americanas. De hecho, el León quedó pronto relegado a funcionar como una máquina de vapor estacionaria.
Los inventores e ingenieros estadounidenses habían seguido una trayectoria paralela a la de los británicos y, ya en 1812, John Stevens había solicitado al Congreso el apoyo a un ferrocarril nacional. También había construido la primera locomotora de vapor estadounidense en 1825. Se trataba de una locomotora de caldera multitubular que funcionaba en una vía circular de demostración en su propiedad de Hoboken, Nueva Jersey. Aunque no consiguió apoyo financiero para un ferrocarril nacional ni para su locomotora, Stevens fundó más tarde uno de los primeros ferrocarriles de Estados Unidos, el Camden & Amboy Railroad.
El Tom Thumb de Peter Cooper, construido en 1830, fue la primera locomotora estadounidense en tirar de un vagón de pasajeros en un ferrocarril. Aunque era pequeña, era lo suficientemente potente como para convencer a los directores del ferrocarril de Baltimore y Ohio de la aplicación práctica de la locomotora de vapor.
Mejor Amigo de Charleston
La distinción de ser el primero en tirar de un tren de coches sobre un ferrocarril americano en servicio regular es para el Mejor Amigo de Charleston en 1831. Diseñada por E. L. Miller y construida en Nueva York, la Best Friend funcionó durante casi seis meses hasta que su caldera explotó cuando un trabajador, irritado por el sonido del vapor sibilante, azotó una válvula de seguridad.
El año 1831 también vio a Matthias Baldwin fundar la Baldwin Locomotive Works. Su segunda máquina de vapor, la E.L. Miller, estableció el prototipo a partir del cual se desarrollaron las máquinas posteriores. A finales del siglo XIX, la empresa de Matthias Baldwin se convirtió en el mayor constructor de locomotoras de una sola planta del mundo y dominó el mercado durante más de cien años, fabricando aproximadamente 59.000 locomotoras.
Las primeras locomotoras se construyeron con ruedas fijas, que funcionaban bien en las vías rectas pero no tanto en el terreno montañoso de Estados Unidos. Un ingeniero civil estadounidense, John Jervis, diseñó en 1832 la locomotora el Experimento, que contaba con un carro guía giratorio de cuatro ruedas, también conocido como «bogie», que podía seguir la vía y permitir a las locomotoras viajar por ferrocarriles con curvas más cerradas.
Locomotora América construida por la Grant Locomotive Works, de Paterson, N. J., para la Exposición de París de 1867, una locomotora 4-4-0 estándar americana de mediados del siglo XIX.
El piloto, o «cow catcher», era único en las locomotoras americanas. Las líneas ferroviarias no estaban valladas y las compañías ferroviarias eran responsables de los daños causados por la colisión con un animal, que podía hacer descarrilar una locomotora. La John Bull, en torno a 1833, fue una de las primeras locomotoras de Estados Unidos en contar con un dispositivo de este tipo para despejar los obstáculos de la vía. Pronto, los pilotos se convirtieron en aparatos estándar para las locomotoras americanas.
Las locomotoras podían configurarse de varias maneras, clasificadas por la disposición de las ruedas del camión de cabeza, las ruedas motrices y el camión de cola. La configuración 4-4-0 (es decir, cuatro ruedas en el camión de cabeza y cuatro ruedas motrices, sin camión de cola), era la más utilizada en los Estados Unidos y llegó a conocerse como American Standard. Las locomotoras que se encontraron en Promontory Summit, la Jupiter de la Central Pacific y la Engine No. 119 de la Union Pacific, eran ambas locomotoras 4-4-0.
Los fabricantes estadounidenses producían locomotoras de igual capacidad que las británicas, pero a menor coste. Aunque las locomotoras americanas estaban elaboradamente decoradas con costosos trabajos de latón y los costes de mano de obra eran más altos que en Gran Bretaña, los fabricantes americanos redujeron los costes utilizando hierro fundido, menos costoso, en lugar de hierro forjado para muchos componentes. Los ferrocarriles estadounidenses comenzaron utilizando locomotoras importadas de Gran Bretaña, pero a finales del siglo XIX, Estados Unidos era un importante productor de locomotoras y había exportado más de 2.900 motores.
No es exagerado decir que la energía de vapor y las locomotoras tuvieron el mismo efecto transformador en el siglo XIX que el ordenador en el XX. Robert Thurston, en su libro de 1878 sobre la historia de la máquina de vapor, decía que sería «superfluo intentar enumerar los beneficios que ha conferido a la raza humana, pues tal enumeración incluiría la adición de todas las comodidades y la creación de casi todos los lujos que ahora disfrutamos»
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