Una máquina de retorno de agua fue una forma temprana de máquina de vapor estacionaria , desarrollada a principios de la Revolución Industrial a mediados del siglo XVIII. Las primeras máquinas de viga no generaban energía girando un eje, sino que se desarrollaron como bombas de agua , principalmente para drenar minas . Al acoplar esta bomba con una rueda hidráulica , podían usarse para impulsar maquinaria.
La máquina de vapor no fue, como se sostiene ampliamente, la causa de la Revolución Industrial, sino que más bien surgió como resultado de ella. [1] La principal fuente de energía de la Revolución, ciertamente en el siglo XVIII, fue la rueda hidráulica, no la máquina de vapor. [2]
Los orígenes del motor de retorno de agua se remontan a los motores de soplado utilizados para proporcionar el tiro a los altos hornos y fundiciones . Aunque los primeros hornos pueden haber sido accionados por fuelles impulsados por humanos o animales , [i] una vez que comenzó la Revolución Industrial, los nuevos hornos agrandados fueron impulsados por casas de soplado impulsadas por ruedas hidráulicas .
Las fundiciones se ubican de forma más económica cerca de la fuente de su mineral , que puede no tener una fuente de energía hidráulica adecuada disponible cerca. También existe el riesgo de que la sequía interrumpa el suministro de agua, o de que la demanda del horno supere la capacidad de agua disponible. En 1754, un horno en Weald se vio tan afectado por la sequía que su gerente consideró contratar trabajadores para hacer girar la rueda como una rueda de andar . [3]
Además de la incapacidad de trabajar en períodos de sequía, la cantidad de agua disponible también podía variar la potencia de la maquinaria que la utilizaba. La cantidad y el tipo de trabajo que debían realizar las industrias pesadas podían verse influidos por la disponibilidad estacional de agua. En 1785, la forja Kirkstall, cerca de Leeds, escribió a un cliente: «Nos resultará conveniente ahora laminar unas cuantas toneladas porque tenemos un suministro completo de agua y no podemos fabricar placas finas tan bien cuando el agua escasea». [4]
Esta variación en la potencia de las ruedas hidráulicas según el agua disponible también condujo a desarrollos en el diseño de las ruedas hidráulicas; la "trampilla" con persianas venecianas de Rennie permitía un flujo de agua controlado, cualquiera que fuera la profundidad del canal del molino , y a diferencia de una compuerta simple siempre podía ofrecer la mayor altura posible. [5]
Los problemas de suministro de agua afectaron a los fabricantes de hierro durante algún tiempo. En la década de 1830, el joven Alfred Krupp todavía tenía problemas con la escasez de agua en el arroyo de Berna, lo que le impedía trabajar con los martillos de su Gusstahlfabrik . Debido a la falta de financiación, no fue hasta 1836 cuando Alfred pudo construir un martillo de vapor, independiente de este suministro de agua. [6]
Estas restricciones dieron lugar a la primera forma de máquina de vapor utilizada para generar energía en lugar de bombearla: la máquina de retorno de agua . En esta máquina, se utilizaba una bomba de vapor para extraer agua que, a su vez, impulsaba una rueda hidráulica y, por lo tanto, la maquinaria. [1] Luego, la bomba devolvía el agua de la rueda. [7] Estas primeras máquinas de vapor solo eran adecuadas para bombear agua y no se podían conectar directamente a la maquinaria. [8]
Los primeros ejemplos prácticos de estos motores se instalaron en 1742 en Coalbrookdale , [9] en la fábrica de bronce de Nehemiah Champion en Warmley en 1749 [10] y como mejoras en Carron Ironworks en el Clyde en 1765. [11] [12] Richard Ford en Coalbrookdale intentó por primera vez usar bombas de caballo en 1735. [13] Los primeros motores fueron motores de viga atmosférica para los sistemas de Newcomen , Smeaton o Watt . Se proporcionó un cilindro en lados opuestos de la viga, uno como cilindro de trabajo suministrado con vapor y el otro como cilindro de bombeo. Los motores eran de acción simple, la carrera de potencia estaba hacia abajo en el cilindro de potencia y la bomba era una simple bomba de cubo de acción ascendente. Los motores Watt eran de los primeros diseños atmosféricos de acción simple de Watt. En el momento de sus posteriores mejoras termodinámicas, también había desarrollado su engranaje solar y planetario y podía ofrecer motores que rotaban directamente. En Coalbrookdale se construyó un gran motor de simple efecto, el Resolution , y cuando se entregó en 1782, ya había quedado obsoleto debido a estos desarrollos posteriores. [14] A pesar de esto, el motor funcionó con éxito durante casi cuarenta años.
Además de para soplar hornos, la potencia rotatoria de la rueda hidráulica también se utilizaba para accionar molinos y equipos de fábrica mediante el uso de ejes de transmisión . A mediados del siglo XVIII, Mantoux los describe como "estar en todas partes". [8] En 1765, Matthew Boulton consideró utilizar un motor Savery para impulsar la rueda hidráulica de su fábrica de Soho . Llegó al punto de construir un modelo de este motor y buscó el consejo de Benjamin Franklin y Erasmus Darwin sobre el tema. [15] Sin embargo, en 1768, la promesa del motor de viga de Watt lo convenció de esperar, aunque pasarían varios años hasta que el motor Kinneil de Watt fuera llevado al sur y reconstruido en Soho. En 1777, Boulton y Watt construyeron un nuevo motor, Old Bess , para su uso. El motor aún sobrevive en el Museo de Ciencias .
Los motores de retorno de agua fueron reemplazados por el motor de viga rotativa , que podía impulsar maquinaria rotatoria directamente.