Cómo funciona la máquina de vapor de Watt

Qué muestra el modelo

Antes de James Watt, una máquina de vapor gastaba la mayor parte de su carbón en calentar y enfriar el mismo cilindro de hierro, doce veces o más por minuto. Este modelo muestra la máquina que resolvió el problema y que después pasó a mover los ejes de las fábricas, en lugar de solo accionar bombas.

Es una máquina de balancín rotativa como las que Boulton y Watt construían en la década de 1780, a una décima parte del tamaño real y cortada por la mitad. Las caras rojas son superficies de corte. El vapor vivo de la caldera es naranja, el vapor usado que va al condensador es azul pálido y el agua es azul oscuro. Las proporciones siguen la máquina de Boulton y Watt de 1785 del Powerhouse Museum de Sídney: 635 mm (25 pulgadas) de diámetro interior, 1,83 m (6 pies) de carrera y un volante de 4,27 m (14 pies).

El panel de la esquina muestra la velocidad del volante, cuánto está abierta la válvula de mariposa, la potencia que el vapor entrega al pistón, el carbón que quema la máquina y la presión sobre el pistón. Una pequeña curva bajo el gráfico guarda los últimos 30 segundos de velocidad (rojo) y de mariposa (azul), para que veas responder al regulador cuando cambias la carga. El gráfico de debajo es el ciclo presión-volumen de la parte alta del cilindro, dibujado en directo mientras la máquina funciona. El contorno gris detrás es el ciclo con la carga de diseño, así puedes ver cómo cambia al mover el control de carga.

Por qué la máquina de Newcomen quemaba tanto carbón

La máquina atmosférica de Thomas Newcomen, de 1712, llenaba su cilindro de vapor y luego rociaba agua fría dentro. El vapor se condensaba, la presión del cilindro caía y el aire de fuera empujaba el pistón hacia abajo. Funcionaba, pero cada carrera enfriaba las paredes del cilindro, y la siguiente carga de vapor tenía que volver a calentarlas antes de poder llenar el espacio. Gran parte del vapor, y del carbón que lo producía, se iba en templar hierro.

Watt se topó con el problema en 1763, cuando el College de Glasgow le pidió reparar un modelo de máquina de Newcomen que se paraba una y otra vez por falta de vapor. Su respuesta, que ya tenía funcionando en un modelo en 1765, fue condensar el vapor en otro sitio. La patente se le concedió el 5 de enero de 1769, y su primera reivindicación decía que el cilindro «debe mantenerse durante todo el tiempo que la máquina esté trabajando tan caliente como el vapor que entra en él».

El condensador separado

En el modelo, el condensador es el recipiente de hierro metido en la cisterna de madera llena de agua fría, bajo el suelo de la casa de máquinas. Cuando un extremo del cilindro se abre al escape, el vapor baja deprisa por el tubo hasta el condensador, donde un chorro de agua fría del grifo de inyección lo convierte otra vez en agua. El agua ocupa muchísimo menos que el vapor, así que la presión del condensador se mantiene baja, unos 0,2 bar en el modelo. El cilindro nunca toca agua fría, de modo que sigue caliente.

Al condensar se forma agua, y algo de aire entra con el vapor o se cuela por las juntas. La bomba de aire, junto al condensador, saca ambas cosas. Su cubo lo mueve una varilla colgada del balancín, y el agua tibia que eleva va al pozo caliente, desde donde un tubo de alimentación la devuelve a la caldera. El Science Museum lo resume así: las máquinas con el condensador de Watt quemaban dos tercios menos de carbón.

Las cifras del modelo muestran por qué. Con la mariposa en su apertura de referencia del 45 %, el vapor llega al cilindro a 1,14 bar absolutos, apenas por encima del aire exterior. Con el otro lado del pistón abierto al condensador a 0,2 bar, cada doble carrera hace unos 80 kJ de trabajo. Si la misma máquina soltara el escape al aire libre, a 1,01 bar, la contrapresión anularía el empuje y la máquina se pararía.

Vapor por los dos lados del pistón

Las primeras máquinas de Watt eran de simple efecto, como las de Newcomen: el vapor empujaba el pistón hacia abajo y el peso de las varillas de la bomba lo devolvía. Para mover maquinaria con suavidad, Watt patentó el doble efecto en marzo de 1782. El vapor actúa sobre la cara superior del pistón al bajar y sobre la inferior al subir, y el lado que no se está empujando queda abierto al condensador.

El modelo usa un distribuidor de corredera para hacer el cambio. Es un bloque de latón hueco por debajo que sube y baja sobre tres lumbreras de la placa. La lumbrera de arriba lleva a la parte alta del cilindro, la de abajo a la parte baja y la del medio al escape. Cuando la corredera descubre una lumbrera exterior hacia la caja de vapor, su hueco une la otra lumbrera exterior con el escape.

Los bordes exteriores de la corredera son más anchos que las lumbreras; ese sobrante se llama recubrimiento de admisión. Por el recubrimiento, la corredera cierra el vapor fresco bastante antes del final de la carrera: al 46 % de la carrera descendente y al 55 % de la ascendente en el modelo. Las dos cifras difieren porque el extremo del balancín describe un arco y las varillas no son infinitamente largas. Tras el corte, el vapor encerrado sigue empujando mientras se expande, y así se ahorra vapor. Watt describió este trabajo por expansión en la misma patente de 1782.

Convertir el vaivén del balancín en giro

La parte alta del vástago tiene que moverse en línea recta, o rompería su prensaestopas. Pero el extremo del balancín se mueve en arco. La respuesta de Watt, en 1784, fue el paralelogramo: un conjunto de barras y una barra de radio dispuestas para que una articulación trace una línea casi recta durante toda la carrera. Watt decía que era el invento del que estaba más orgulloso. El mecanismo real de Watt solo se aproxima a una recta; el modelo mantiene la cruceta exactamente sobre el eje del cilindro y calcula desde ahí la posición de las barras.

En el otro extremo del balancín baja una biela hasta el eje. En lugar de una manivela, lleva una rueda dentada fija a la biela que no puede girar sobre ella. Este planeta engrana con un sol del mismo tamaño en el eje del volante, y una abrazadera los mantiene juntos. Mientras el planeta da la vuelta, el sol gira dos veces por cada subida y bajada del pistón. Watt lo usó porque, como cuenta la historia de la ASME, la manivela, la opción obvia, ya la había patentado otro.

El volante de 4,27 m hace pasar el eje por los dos puntos muertos de cada vuelta, donde el pistón está al final de su carrera y no puede hacer girar el eje.

Cómo mantiene el regulador la velocidad

Una máquina de fábrica tiene que girar casi a la misma velocidad tanto si las máquinas que mueve están trabajando como si están paradas. El regulador centrífugo lo consigue sin que nadie vigile. Dos bolas de latón cuelgan de unos brazos en un husillo movido desde el eje del volante. Cuando el husillo gira más rápido, las bolas se abren hacia fuera y hacia arriba. Eso levanta un manguito, que acciona una escuadra y una varilla larga hasta la válvula de mariposa del tubo de vapor y la cierra un poco. Llega menos vapor al cilindro y la máquina se frena. Si se frena demasiado, las bolas bajan y la mariposa se abre.

Pruébalo en Controles. Con la carga de diseño de 30 hp, la máquina se asienta en 40,3 rpm. Baja la carga a 10 hp y el volante acelera un momento hasta 42,8 rpm; luego la mariposa se cierra hasta un 8 % y la velocidad queda en 42,6 rpm. Apaga el regulador y haz lo mismo: la mariposa se queda donde estaba y la máquina pasa de 110 rpm en menos de un minuto. Sube la carga a 40 hp y la mariposa se abre del todo, pero aun así la máquina baja a unas 29 rpm. Por encima de unos 37 hp a 40 rpm, el cilindro no puede dar más trabajo.

Un regulador como este nunca vuelve del todo a la velocidad inicial. Necesita un pequeño error de velocidad para mantener la mariposa en una nueva posición, así que la máquina gira algo más rápido con poca carga que con mucha. Los ingenieros llaman a esto estatismo.

Las cifras, paso a paso

La fórmula de la altura del regulador sale del péndulo cónico: una bola que gira alrededor de un eje vertical se asienta donde el tirón hacia dentro de su brazo equilibra la gravedad, a una altura h = g/ω² por debajo del pivote, sea cual sea su masa. Si gira más rápido, h disminuye y las bolas suben. La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) estima la máquina de Whitbread en unos 35 caballos de fuerza indicados después de pasarla a doble efecto, suponiendo una presión media efectiva de 10 psi y de 20 a 21 carreras por minuto. El modelo llega a las mismas cifras.

Newcomen contra Watt, en la misma máquina

La pestaña Controles tiene un interruptor llamado Condensador separado. Apágalo y el modelo funciona como la máquina de Newcomen: al final de cada carrera, el chorro frío se rocía directamente dentro del cilindro y el condensador queda sin uso. Cambian dos cosas. El vacío es peor, porque el chorro lucha contra una pared de cilindro caliente, así que la contrapresión del modelo sube de 0,2 bar a 0,55 bar. Y las paredes se enfrían en cada carrera, de modo que la siguiente carga de vapor tiene que calentarlas de nuevo antes de empujar.

El segundo efecto es el que perseguía Watt, y es el que cuesta carbón. El modelo lo cuenta sumando al vapor que trabaja el vapor que se condensa en las paredes. Con el condensador separado añade 0,6 kg por cada kilogramo que trabaja, lo que cubre un cilindro con camisa que aún pierde algo de calor. Con el chorro en el cilindro añade 2 kg, así que dos tercios de todo el vapor se gastan en recalentar hierro. Las dos cifras son valores del modelo, elegidos para que el resultado quede cerca de los «dos tercios menos de carbón» del Science Museum.

Las barras del laboratorio muestran el resultado para la misma máquina a 40 rpm con la mariposa abierta del todo:

Son 3,1 veces más carbón para el mismo trabajo. En el modelo en marcha, la diferencia aparece también de otra manera. Con la carga de diseño de 30 hp, el ajuste de Newcomen no aguanta: la mariposa se abre del todo, la velocidad cae y la máquina se para. Baja la carga a 15 hp y se mantiene en 40,6 rpm, pero quema 239 kg de carbón por hora frente a 87 kg del ajuste de Watt con la misma carga.

Carbón por caballo-hora, paso a paso

Los ingenieros de la época de Watt comparaban las máquinas por el trabajo que hacían con una cantidad dada de carbón. El modelo hace la misma cuenta, paso a paso, con la carga de diseño y el regulador funcionando:

Dos de estos números son supuestos y no resultados: la caldera del modelo produce 6 kg de vapor por cada kilogramo de carbón, y el carbón contiene 29 MJ por kilogramo. Ambos son valores del modelo. Si cambias cualquiera de ellos, todas las cifras que hay debajo en la tabla se mueven a la vez.

Merece la pena leer despacio la última línea. De cada cien unidades de calor del carbón, menos de tres llegan al pistón como trabajo. El resto se va por la chimenea, al agua fría de la cisterna y al agua tibia que la bomba de aire echa en el pozo caliente. En el modelo, un kilogramo de carbón da 0,78 MJ de trabajo en el pistón. Basta para subir una tonelada de agua 80 metros, justo el tipo de tarea para el que se compraban estas máquinas. Con el ajuste de Newcomen, el mismo kilogramo da 0,27 MJ.

Qué es un caballo de fuerza

El panel de potencia da primero los caballos de fuerza porque esa es la unidad con la que Watt clasificaba sus máquinas. Un caballo de fuerza (hp) son 33 000 pies-libra de trabajo por minuto: una fuerza de 33 000 libras desplazada un pie, o de 330 libras desplazada 100 pies, cada minuto. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) da la conversión como 550 pies-libra por segundo, que son 745,7 vatios. El modelo divide por ese número para pasar de vatios a caballos, así que 26,1 kW aparecen como 35,0 hp.

La cifra en kilovatios está al lado porque hoy casi todo se mide en vatios. Con la unidad del propio Watt, los 10 a 15 caballos de la máquina de Sídney tras su reforma eran el trabajo de 10 a 15 caballos, sin descanso.

Cortar el vapor antes

Watt vio que el vapor que ya estaba en el cilindro podía seguir trabajando después de cerrarse la corredera, y el control de corte de admisión te deja probarlo. Fija hasta qué punto de la carrera sigue entrando vapor fresco. La corredera del modelo es una corredera real, así que cambiar el corte cambia su recubrimiento y su ángulo de avance, y el escape también se abre en otro punto. Sin avance lineal, una corredera cuyo recubrimiento es una fracción L de su recorrido corta en una posición del pistón de aproximadamente cos²δ, donde sin δ = L. Los 45° del modelo dan un corte cerca de media carrera.

La expansión compensa porque el vapor encerrado sigue empujando gratis. Si el vapor a temperatura constante se expande al doble de su volumen, hace 1 + ln 2 = 1,69 veces el trabajo que hizo mientras entraba. Expandido cuatro veces, hace 2,39 veces más. Por eso un corte temprano saca más trabajo de cada kilogramo de vapor.

La pega es que un corte temprano también significa menos vapor por carrera, y por tanto menos potencia. Pon el corte en el 25 % con los 1,45 bar de Watt y la máquina no puede con 30 hp: se frena y se para. Sube la presión de la caldera a 2,5 bar y vuelve a mantener 41,4 rpm con la mariposa abierta solo al 24 %, gastando 2,4 kg de carbón por hp·h en lugar de 3,4. Ese fue el camino de los ingenieros posteriores. Las máquinas de bombeo de Cornualles de los años 1800 usaban vapor a alta presión y lo cortaban pronto; pon el modelo con un corte del 20 % a 3,5 bar, de simple efecto, y las barras marcan 1,8 kg por hp·h.

Simple efecto y doble efecto

El interruptor Doble efecto deja o no deja entrar vapor por debajo del cilindro. Apagado, la cara inferior del pistón queda siempre abierta al condensador, como en las primeras máquinas de bombeo de Watt. El trabajo por doble carrera se reduce a la mitad, y con la mariposa abierta del todo el modelo da 20 hp en lugar de 42. Con la carga de diseño de 30 hp, la máquina de simple efecto se va frenando hasta pararse. Con 15 hp se mantiene en unas 38 rpm con la mariposa abierta al 84 %.

También se ve la diferencia en el escenario. Con el ajuste de simple efecto, la parte baja del cilindro está siempre azul pálido, y el punto p-V del gráfico pasa la mitad de cada ciclo sobre la línea del condensador.

Máquinas en la historia

La lista «Máquinas en la historia» reúne 76 máquinas, desde la bomba de Savery de 1698 hasta una central de carbón actual. Puedes buscar por nombre, año o lugar y filtrar por país y uso: bombas de minas y agua, fábricas y molinos, locomotoras y vehículos de carretera, barcos, electricidad y modelos o patentes. Elegir una máquina hace dos cosas. Coloca en la escena el tipo correspondiente, uno de los seis descritos abajo, y ajusta los cuatro parámetros del modelo de Watt para representarlo: destino del escape (inyección en el cilindro, condensador separado o aire libre), simple o doble efecto, corte de admisión y presión de la caldera. Estos ajustes describen el tipo de máquina, no mediciones de ese ejemplar concreto.

Las notas bajo el menú recogen lo que dicen los museos y las instituciones sobre cada una. Unas pocas dan una potencia, y se muestran como cifras de la máquina real: 1000 hp para la máquina del SS Great Britain en 1843, 1400 hp para la máquina Corliss que movía el Pabellón de Maquinaria en la Exposición del Centenario de 1876, y 700 hp para la máquina de fábrica de Burnley de 1903. La última opción ni siquiera es una máquina de pistón. En 2024, las centrales de carbón de EE. UU. usaron de media 10 777 Btu de combustible por cada kilovatio-hora producido, y como un kilovatio-hora son 3412 Btu, eso es un rendimiento del 31,7 %. Siguen hirviendo agua, expandiendo el vapor y condensándolo, pero en turbinas y a presiones y temperaturas mucho más altas.

Las opciones de locomotora muestran por qué el ferrocarril podía prescindir del condensador. Un ajuste del tipo Rocket suelta el escape al aire a 1,01 bar, lo que con la presión de Watt no dejaría casi nada. A 4,4 bar hay presión de sobra para empujar contra la atmósfera y aun así hacer trabajo, a cambio de más carbón por caballo.

De la máquina de James Watt a la Mataró: el primer tren de la Península

Las máquinas de James Watt trabajaban fijas dentro de un edificio. El condensador separado y el balancín pesaban demasiado para moverse sobre carriles. La locomotora sale de la otra rama de esta escena, la máquina de alta presión sin condensador, que expulsa el vapor usado por la chimenea. En la península ibérica esa rama llegó el 28 de octubre de 1848, cuando salió de Barcelona el tren que inauguró la línea hasta Mataró. Según el Ayuntamiento de Barcelona, el trayecto medía 28,25 kilómetros. Su gran promotor fue el industrial mataronense Miquel Biada, que había conocido en Cuba la línea entre La Habana y Güines y murió unos meses antes de la inauguración. Las cuatro primeras locomotoras llegaron de Gran Bretaña con los nombres Mataró, Barcelona, Catalunya y Besòs.

El Ministerio de Transportes describe la Mataró como una locomotora de vapor saturado 1-1-1 con ténder, del tipo Crewe, el nombre de la ciudad inglesa donde se desarrolló su técnica. Una réplica exacta, construida en 1948 para el centenario del ferrocarril en España, se conserva en el Museu del Ferrocarril de Catalunya.

Para comparar, pulse Rocket en la escena. Es una locomotora de 1829 con el mismo principio que la Mataró: el vapor de alta presión, después de empujar el pistón, sale por la chimenea y aviva el fuego. La diferencia con la máquina de Watt está en el vapor usado. Watt lo condensa para aprovechar el vacío; la locomotora lo expulsa para ser ligera.

Seis máquinas en una misma escena

Los botones de la parte baja de la escena cambian la máquina de Watt por otras cinco. Todas se mueven y las cifras pasan a mostrar la presión, el rendimiento, el consumo de carbón y la velocidad de esa máquina. Una pequeña marca tras cada cifra indica su origen: «fuente» enlaza con la página del museo o del hito histórico; «modelo» significa que el valor lo ha calculado el modelo de esta página para ese tipo de máquina.

Newcomen, 1712. El cilindro, abierto por arriba, está sobre una caldera con forma de almiar. El vapor, casi a la presión del aire, lo llena bajo el pistón. Un chorro de agua fría del depósito de la pared lo condensa y el aire de encima empuja el pistón hacia abajo. Las cadenas de las cabezas arqueadas del balancín mantienen recto el movimiento vertical del vástago y de la varilla de la bomba. John Lienhard, de la Universidad de Houston, sitúa el rendimiento de las primeras máquinas de Newcomen en torno a un tercio del uno por ciento: 1 kg de carbón de 29 MJ producía unos 0.1 MJ de trabajo. Old Sarah, la máquina atmosférica cercana a Wakefield conservada por el Science Museum, aún bombeaba desde 330 ft de profundidad en 1917, a unas 5 carreras por minuto.

Watt, 1785. Es la máquina de la que trata el resto de esta página. Con el condensador separado a 1.45 bar, el modelo da un rendimiento del 2.8% y un consumo de 3.3 kg de carbón por caballo-hora.

Trevithick, 1805. La máquina de Hazledine and Co. del Science Museum trabajaba a unos 50 psi por encima de la atmósfera (4.46 bar absolutos) y daba 3 hp. El cilindro está dentro de la caldera para recibir vapor caliente y el escape sale por la chimenea, de modo que no hay condensador ni balancín. El modelo da un 2.3%: la alta presión compensa buena parte de la pérdida al expulsar el vapor a presión atmosférica, en una máquina mucho más pequeña.

Rocket, 1829. Según el Science Museum Group, la locomotora de Stephenson reunió la caldera multitubular y el tubo de escape que crea el tiro. El escape de los dos cilindros inclinados sale disparado por la chimenea y arrastra los gases del hogar a través de los tubos: cuanto más trabaja la máquina, más fuerte arde el fuego. Con la misma alta presión y sin condensador, el modelo da un 2.2%.

Triple expansión, 1894. El vapor pasa por tres cilindros cada vez mayores; cada uno aprovecha el vapor que ya ha expandido el anterior. La máquina de bombeo Leavitt de Chestnut Hill, en Boston, es un hito histórico de la ASME. En las pruebas trabajó a 175.7 psi (13.1 bar absolutos) y 50.6 rpm y quemó 1.146 lb de carbón por caballo-hora. Son 0.52 kg y, a 29 MJ por kg, un rendimiento del 17.8%, seis veces el del modelo de Watt. El folleto de la ASME da un 20.8% para la máquina sola, medido a partir del vapor. Los buques Liberty de la Segunda Guerra Mundial, como el SS Jeremiah O’Brien, aún usaban una máquina de triple expansión de 2,500 hp.

Turbina Parsons, 1884. No hay pistón. En el modelo, el vapor entra por el centro de la carcasa y se expande a través de filas de álabes móviles en el rotor y álabes fijos en la carcasa, haciendo girar directamente el eje. El Science Museum Group da una velocidad de 18,000 rpm para la primera turbina de Parsons, adecuada para una dinamo, pero no da su rendimiento; la pantalla lo indica. En 1892, tres turbinas Parsons de 100 kW con condensadores, en Cambridge, igualaron en las pruebas el rendimiento de las mejores máquinas de pistón de su tamaño. La pantalla muestra también una central de carbón actual como comparación: 31.7%.

Un kilogramo de carbón, máquina por máquina

La carrera de rendimiento bajo los mandos hace que cada máquina queme 1 kg de carbón y eleve agua 10 m. Elevar un kilogramo 10 m requiere 9.81 × 10 = 98.1 J. Como 1 kg de carbón contiene 29 MJ, el agua elevada es 29,000,000 × rendimiento ÷ 98.1 kg.

Dos filas se calculan a partir del consumo de carbón. La máquina de balancín de Peel, Williams and Peel de 1846 quemaba unos 6 lb por caballo-hora: 2.72 kg y un 3.4% de rendimiento. Los 1.146 lb de la máquina Leavitt equivalen a 0.52 kg y un 17.8%. El 11% de la máquina de Cornualles es el rendimiento global que la ASME da para una máquina de 80 inch de Cornualles en 1835. El mismo folleto dice que las máquinas de Cornualles de los años 1830 movían entre cuatro y cinco veces más agua por tonelada de carbón que las mejores de Watt. El artículo de la ASEE calcula un rendimiento de aproximadamente el 1.4% para la máquina de Smeaton en Long Benton a partir de su trabajo de 9.45 millones de pies-libra por bushel de carbón. Desde la primera máquina de Newcomen hasta una central actual, el mismo carbón eleva 96 veces más agua.

Las barras usan una escala logarítmica: cada paso del eje multiplica por diez el anterior. En una escala lineal, la barra de Newcomen sería demasiado corta para verla. El gráfico de debajo sitúa las mismas nueve máquinas en una línea temporal.

Retos y válvula de seguridad

Los siete retos bajo los mandos proponen observar una propiedad de las máquinas. Tres necesitan el modelo de Watt: hacer tres veces el trabajo de Newcomen con el mismo carbón, mantener 40 rpm con una carga de 60 hp y superar el 4% de rendimiento con un corte de admisión más temprano y mayor presión de caldera. A 1.45 bar, el modelo baja de 38 rpm hacia los 37 hp y se detiene al llegar a 50 hp; por eso, para el reto de carga hay que subir antes la caldera a 2.5 bar o más. El cuarto usa la válvula de seguridad, una palanca con contrapeso sobre la caldera. La caldera con forma de carro del modelo está limitada a 3.5 bar, un valor que hemos elegido para una caldera de baja presión de esta forma. Si subes el ajuste por encima con la válvula activada, la palanca se levanta y deja salir vapor, y la máquina sigue a 3.5 bar. Si desactivas la válvula, la pantalla avisa del peligro para la caldera.

Manómetros y humo

Dos esferas del modelo muestran las presiones que vigilaba el maquinista. El manómetro de vapor, en el tubo junto al cilindro, mide la caja de distribución después de la mariposa, así que su aguja baja cuando el regulador la cierra. El vacuómetro del condensador marca 0,2 bar con el condensador de Watt y 0,55 bar con el ajuste de Newcomen. El humo de la chimenea sigue al carbón que quema el modelo: se espesa cuando subes la carga o eliges un ajuste derrochador.

Cómo leer el ciclo presión-volumen

Sigue el punto rojo en el sentido de las agujas del reloj. El tramo plano de arriba es la admisión, cuando la parte alta del cilindro está abierta a la caja de vapor. La curva que cae desde él es la expansión tras el corte, donde la presión baja a medida que crece el volumen. Al 84 % de la carrera, la corredera abre la parte alta al escape y la presión cae hasta la línea del condensador. En la carrera de vuelta, la corredera cierra el escape antes de que el pistón llegue arriba, así que el último vapor queda comprimido en el espacio muerto y amortigua el pistón. El área encerrada por el ciclo es el trabajo hecho en ese lado del pistón en un ciclo.

Baja la carga y mira cómo se encoge el ciclo. El regulador cierra la mariposa, la presión de la caja de vapor baja y el tramo plano de arriba desciende. Esto se llama regulación por estrangulación: la máquina corta siempre en el mismo punto, pero trabaja con un vapor más ralo.

En qué se aparta el modelo de las máquinas reales

La máquina de 1785 admite el vapor con válvulas de asiento, no con una corredera. Usamos una corredera porque una sola pieza móvil muestra todos los tiempos de la distribución. La biela real mide 5,5 m, más que los 4 m del modelo, y el balancín de la máquina de Whitbread se cambió por uno de hierro fundido años después de construirse, mientras que el nuestro es de roble. La presión de la caldera es elección nuestra: 1,45 bar absolutos, para que tras el tubo y la mariposa la caja de distribución quede un poco por encima de la presión atmosférica, cerca de los 3 psi sobre la atmósfera que sugiere la ASME. El volante también es más ligero que uno real, para que un cambio de carga se asiente en segundos y no en minutos.

Del modelo de condensador a la máquina Lap

Watt construyó su modelo de condensador en 1765 y obtuvo la patente en 1769. Después de asociarse con Matthew Boulton, la patente se llevó a la práctica en 1776, en una máquina de bombeo de una mina y en una máquina soplante para una ferrería. La ASME dice que quemaban un tercio del combustible habitual en la época. Luego llegó el movimiento rotativo: la patente de Watt para el «movimiento circular alrededor de un eje», que incluía el engranaje planetario, es del 25 de octubre de 1781. El doble efecto y el trabajo por expansión siguieron en marzo de 1782, y el paralelogramo en agosto de 1784.

La máquina de la cervecera Whitbread de Sídney se instaló en 1785, quizá la sexta máquina rotativa que hizo la empresa, y trabajó 102 años, hasta 1887. El Powerhouse Museum dice que se reformó para subir su potencia de 10 a 15 caballos y que el regulador se añadió en la década de 1790. La máquina Lap de 1788, hoy en el Science Museum de Londres, movió las pulidoras de la Soho Manufactory de Boulton durante 70 años. La ASME la registra como la primera máquina con regulador centrífugo. Watt la calculó en 10 caballos, y una prueba de 1858 midió 13,75. En total, Boulton y Watt construyeron unas 500 máquinas, alrededor del 60 % rotativas.