Jerónimo de Ayanz, el navarro que inventó la máquina de vapor

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Miembro del Círculo Mágico de El Escorial. Lope de Vega refleja la vida aventurera de Ayanz en la comedia titulada ‘Lo que pasa en una tarde’, refiriéndose a él como ‘el nuevo Alcides’ y ‘el caballero de los dedos de bronce’, por su habilidad de romper platos con tan solo dos dedos. Una de las figuras más olvidadas de la historia española.

Jerónimo de Ayanz y Beaumont fue un militar español. Hombre polifacético, destacó como militar, pintor, cosmógrafo y músico, pero, sobre todo, como inventor. A él le debemos la primera máquina de vapor moderna, dos mil años después de Herón de Alejandría.

En un mundo actual propulsado por motores de combustión, turbinas de gas y reactores nucleares, la máquina de vapor nos parece una reliquia del pasado. Pero sin esta invención, el mundo moderno sería un lugar muy diferente.

Posiblemente el desarrollo más importante de la Revolución Industrial, la máquina de vapor, facilitó importantes avances en los campos de la minería, la fabricación, la agricultura y el transporte. Y mientras que varias figuras destacadas de los siglos XVIII y XIX están reconocidos con el desarrollo y la mejora de la máquina de vapor, la historia de las máquinas de vapor en realidad se remonta a casi 2.000 años antes de la Revolución Industrial.

Turbinas de vapor antiguas

A principios del siglo I d. C., un inventor griego llamado Herón de Alejandria diseñó lo más parecido a la primera turbina de vapor. La Eolípila de Herón era una máquina constituida por una cámara de aire (generalmente una esfera o cilindro), con tubos curvos por donde era expulsado el vapor. La fuerza resultante por esta expulsión hacía que el mecanismo comenzara a girar, según la ley de acción-reacción.

Si bien el ingenio del griego se creó más como una curiosidad que con un propósito definido, lo debemos considerar el primer dispositivo conocido para transformar el vapor en movimiento giratorio. No fue hasta el siglo XVII cuando se hicieron intentos para aprovechar el poder del vapor para fines prácticos.

Las primeras máquinas de vapor prácticas se desarrollaron para resolver un problema muy específico: cómo eliminar el agua de las minas inundadas. Como los europeos del siglo XVII cambiaron de la leña al carbón como su principal fuente de combustible, las minas se hicieron cada vez más profundas, y, como resultado, a menudo se inundaban después de perforar las fuentes de agua subterránea.

Jerónimo de Ayanz y el problema de las minas inundadas

Un administrador español de minas llamado Jerónimo de Ayanz fue la primera persona en resolver el problema de las minas inundadas. En 1606, de Ayanz registró la primera patente para una máquina que usaba energía de vapor para extraer el agua de las minas. El inventor español, al que también se le atribuye la invención de uno de los primeros sistemas de aire acondicionado del mundo, utilizó su máquina de vapor para extraer agua de las minas de plata en Guadalcanal, Sevilla.

Posteriormente, en 1698, el inglés Thomas Savery perfeccionó la patente usando los principios establecidos por Denis Papin, un físico británico nacido en Francia que inventó la olla a presión. Las ideas de Papin acerca de un motor de vapor con pistón y cilindro no habían sido utilizadas previamente, pero en 1705, Savery había convertido las ideas de Papin en una invención útil.

Usando dos calderas de vapor, Savery ideó un sistema casi continuo para bombear agua de las minas. Pero a pesar del éxito del sistema de Savery, pronto se descubrió que su motor solo era capaz de extraer agua de zonas poco profundas, un problema que debía superarse.

Afortunadamente para los propietarios de las minas europeos, en 1711 otro inglés, Thomas Newcomen, desarrolló una mejor manera de extraer agua de las minas. Su sistema usó un motor de vapor rediseñado que eliminó la necesidad de presión de vapor acumulada, una falla en el sistema de Savery que provocó muchas explosiones desafortunadas. El motor «atmosférico» de Newcomen, llamado así porque el nivel de presión de vapor que utilizaba se acercaba a la presión atmosférica, fue la primera máquina comercialmente exitosa que usó vapor para operar una bomba de agua.

A pesar de ser una mejora en la versión inicial de Savery de la máquina de vapor, el motor atmosférico de Newcomen también tenía sus fallas. La máquina era altamente ineficiente, y requería un flujo constante de agua fría para enfriar el cilindro de vapor de gran importancia (la parte del motor donde la presión del vapor se convierte en movimiento), así como una fuente de energía constante para recalentar el cilindro.

A pesar de este inconveniente, el diseño del motor de Newcomen no se cuestionó durante los siguientes 50 años y, además de bombear minas, también se usó para drenar humedales, suministrar agua a las ciudades e incluso fábricas y molinos.

James Watt y la máquina de expansión

Pero en 1765, el motor de Newcomen llegó a su fin. En ese año, James Watt, un fabricante de instrumentos escocés empleado por la Universidad de Glasgow, estaba reparando un pequeño modelo de motor Newcomen. Watt estaba perplejo por la gran cantidad de vapor consumido por la máquina de Newcomen y se dio cuenta de que para remediar esta ineficiencia, tendría que acabar con el constante enfriamiento y recalentamiento del cilindro de vapor.

Para hacer esto, Watt desarrolló un condensador separado, lo que permitió que el cilindro de vapor se mantuviera a una temperatura constante y mejoró drásticamente la funcionalidad del motor de Newcomen.

Por razones financieras, Watt no pudo fabricar inmediatamente su nuevo y mejorado motor atmosférico. Pero hacia 1776, había formado una sociedad con Matthew Boulton, un fabricante e ingeniero inglés que se había empeñado en usar máquinas de vapor para algo más que bombear agua de las minas.

Con el respaldo financiero de Boulton, Watt desarrolló una máquina de vapor rotativo de acción simple (y luego de doble acción) que, junto con el exclusivo condensador de Watt, presentaba un mecanismo de movimiento paralelo que duplicaba la potencia del cilindro de vapor existente. El motor Boulton-Watt también fue el primero que permitió que el operador de la máquina controlara la velocidad del motor con un dispositivo llamado gobernador centrífugo. El motor mejorado usaba un nuevo sistema de engranajes, desarrollado por Boulton y el empleado de Watts, William Murdoch, conocido como engranaje solar y planetario, para convertir el movimiento recíproco (lineal) en movimiento rotario.

En 1800, las máquinas de vapor impulsaban telares, molinos, fábricas… En 1852, tuvo lugar el primer vuelo de un dirigible de vapor. Y que decir de como revolucionó el transporte, ya que los trenes, embarcaciones y ferrocarriles adoptaron la tecnología para impulsar a los pasajeros hasta el siglo XX.