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Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.

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PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Máquina de vapor

Aquiles Gay

Sebastián Dovis

Gay, AquilesMáquina a vapor / Aquiles Gay y Sebastián Dovis;coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2006.104 p.; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 26)

ISBN 950-00-0535-2

1. Energía-Vapor. I. Dovis, SebastiánII. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. III. Título

CDD 621.312 132

Fecha de catalogación: 3/01/2006

Impreso en MDC MACHINE S. A., Marcelo T. de Alvear 4346 (B1702CFZ), Ciudadela,en marzo 2006

Tirada de esta edición: 2.000 ejemplares

Colección Serie “Recursos didácticos”.Director del Programa: Juan Manuel Kirschenbaum.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0535-2

Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado2 Probador de inyectores y de motores paso a paso3 Quemador de biomasa4 Intercomunicador por fibra óptica5 Transmisor de datos bidireccional por fibra óptica, entre computadoras6 Planta potabilizadora7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido8 Estufa de laboratorio9 Equipamiento EMA –características físicas de los materiales de construcción–

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas11 Biodigestor12 Entrenador en lógica programada13 Entorno de desarrollo para programación de microcontroladores PIC14 Relevador de las características de componentes semiconductores15 Instalación sanitaria de una vivienda16 Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios17 Cargador semiautomático para máquinas a CNC de accionamiento electroneumático18 Biorreactor para la producción de alimentos 19 Ascensor20 Pila de combustible21 Generador eólico22 Auto solar23 Simuladores interconectables basados en lógica digital24 Banco de trabajo25 Matricería. Matrices y moldes26 Máquina de vapor27 Sismógrafo28 Tren de aterrizaje29 Manipulador neumático30 Planta de tratamiento de aguas residuales

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fis-cales destinados a la actualización y eldesarrollo de la educación técnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicación y elcontrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integración educativa;en particular, los relacionados con lospaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 2003-2007:

VVIIIIII

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.

3.3. Información, evaluación y certifi-cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.

5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejoNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en estaocasión, estamos acercando a la comunidadeducativa a través de la serie “Recursosdidácticos”, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseñanza y del aprendizaje de la Tec-nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro-pósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actua-lización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnológicos y científicos; y,por otra, a la integración de los recursosdidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseñanzay de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducación Tecnológica del INET y por espe-cialistas convocados a través del Programa delas Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD– desde su línea “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo deequipos e instrumentos”, a quienes estaDirección expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

María Rosa AlmandozDirectora Ejecutiva del Instituto Nacional de

Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y

Tecnología

IIXX

Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluaciónde metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayec-tos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantías, conferencias, encuentros,destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organis-mos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

• Educación Tecnológica, que abarca mate-riales que posibilitan una definición cu-rricular del área de la Tecnología en elámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

XX

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas yreferidas a procedimientos de construc-ción– que permiten al profesor de la edu-cación técnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamientoespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales decapacitación, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes nosólo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino también, y fundamentalmente,acompañarlos en su búsqueda de solucionescreativas e innovadoras a las problemáticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseñanza basadas en la resolución de pro-blemas, que integran ciencias básicas ytecnología, y que incluyen recursos didácti-cos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseñanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didácticos estánplanteados en la serie de publicaciones queaquí presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajede la tecnología, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional de

Educación Tecnológica.Instituto Nacional de Educación Tecnológica

XXII

Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso-ciados.

3 Hacia una resolución técnica. Manualde procedimientos para la construc-ción y el funcionamiento del equipo.Aquí se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el “paso a paso” de su construc-ción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experien-cia de puesta en práctica de las estrate-gias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución vo-luntaria– de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como elpunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

XXIIII

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”

XXIIIIII

Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamien-to que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer térmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

XXIIVV

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.

nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

• Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Haydeé NocetiCoordinadora de la acción “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos”.Centro Nacional de Educación Tecnológica

XXVV

26. Máquina de

vapor

22

Este material de capacitación fuedesarrollado por:

Aquiles GayIngeniero mecánico electricista (Uni-versidad Nacional de Córdoba). Diplomadoen Ciencias de la Educación (Universidadde Ginebra). Autor de diversos libros, entreotros: La educación tecnológica. Aportes parasu implementación (CONICET 1997.Buenos Aires), Temas para educación tecno-lógica (La Obra. 2000. Buenos Aires), Lalectura de objeto (TEC. 2003. Córdoba). Exprofesor titular de la Universidad Nacionalde Córdoba, de la Universidad TecnológicaNacional y de la Escuela de IngenieríaAeronáutica de la Fuerza Aérea Argentina.Ex funcionario de la UNESCO en la OficinaInternacional de Educación en Ginebra,Suiza. Ex decano de la Facultad RegionalCórdoba de la Universidad TecnológicaNacional. Ex ingeniero de la CompañíaTelefónica Ericsson en Estocolmo, Suecia.

Sebastián DovisDiseñador industrial (Facultad deArquitectura, Urbanismo y Diseño.Universidad Nacional de Córdoba).Docente del Instituto Superior de Diseño"Aguas de la Cañada", en la carrera deTécnico Superior en Diseño Industrial.Presidente de la Asociación de DiseñadoresIndustriales de Córdoba (ADIC) para elperíodo 2005-2007. Consultor en diseño deproductos de industrias metalmecánica y demobiliario de madera, entre otras.Coordinador de las actividades del Centrode Cultura Tecnológica, y del Museo de laTécnica y la Tecnología de la FundaciónAquiles Gay: www.cultec.com.ar.

Dirección del Programa:Juan Manuel Kirschenbaum

Coordinación general:Haydeé Noceti

Diseño didáctico:Ana Rúa

Administración:Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:Laura Irurzun

Diseño gráfico:Tomás Ahumada

Karina LacavaAlejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Retoques fotográficos:Roberto Sobrado

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica

Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica IV

Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica VI

La serie “Recursos didácticos” VII

1 Problemas tecnológicos en el aula 4

• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas 7

• La máquina de vapor y la energía mecánica. Enfoque histórico

• La energía y sus transformaciones

• Fuentes de energía

• Transformaciones de energía

• Rendimiento

• Génesis de la máquina de vapor

• Una máquina de vapor convencional

• Mecanismos de transmisión y de transformación de movimientos

• Rozamiento

3 Hacia una resolución técnica.Manual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo 50

• El producto

• Los componentes

• Los materiales y la construcción

4 El equipo en el aula 59

5 La puesta en práctica 64

Índice

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Lo invitamos a considerar estos testimonios:

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

En la clase de "Organización industrial", al analizar el reemplazo de la actividad manual delhombre por la máquina —hecho clave, germen de la Revolución Industrial, con su reem-plazo de la hiladora mecánica por la rueca, del telar manual por el telar mecánico y, final-mente, del cosido a mano por la máquina de coser—, los alumnos están considerando lascaracterísticas de la máquina de vapor que reemplazó, no la actividad manual, sino el esfuer-zo físico del hombre y de los animales.

La profesora, entonces, presenta ilustraciones de la máquina de vapor y una explicación desu funcionamiento, y advierte que, si bien muchos de sus alumnos han leído u oído hablarde esta máquina y hasta han visto películas con trenes movidos por locomotoras de vapor,en general, no la conocen.

Los alumnos del Centro de Formación Profesional en Mecánica Automotriz se encuentrananalizando un motor de explosión como fuente de energía mecánica del automóvil. Durantesu indagación incluyen otras posibles fuentes de energía mecánica, entre ellas el motor devapor que, allá por fines del siglo XIX y comienzos del XX, era el que equipaba a losautomóviles de la época.

El instructor comenta, entonces, que la palabra chofer tiene su origen en chauffeur (que, enfrancés, se pronuncia aproximadamente Chofer) la que, a su vez, deriva de la palabra, tam-bién francesa, chauffer (que se pronuncia Chofé) que quiere decir calentar. La razón de estadenominación es que los motores de vapor requieren del vapor que se produce por calen-tamiento del agua y la persona que, en su época, encendía el fuego del motor de vapor delautomóvil para calentar el agua era, luego, el responsable de mantener el fuego y de con-ducir el auto; de allí el nombre francés de chauffeur que tanto quiere decir conductor comopersona que mantiene encendida una caldera.

El motor de vapor despierta el interés de los alumnos y el instructor propone la construc-ción de una máquina de vapor para estudiar su funcionamiento.

En la clase de termodinámica, los estudiantes analizan las conversiones de energía enmáquinas de combustión interna y en aquellas de combustión externa; entre estas últimas,estudian los componentes de la máquina de vapor.

55

Las ingeniosas invenciones de Herón de Alejandría son el centro de análisis de esta clase de"Historia de la tecnología".

En un momento de la tarea y frente a la eolípila, el profesor plantea:

- Podríamos considerar a la eolipila un ancestro de la máquina de vapor; pero, ¿por qué lesparece que, en esta época no se buscaban formas alternativas de energía mecánica?

Para el Centro de Cultura Tecnológica de la escuela, los alumnos están construyendo, aescala reducida, el modelo de una usina generadora de energía eléctrica del siglo XIX.

Su idea es que el modelo funcione entregando la energía eléctrica que permita alimentar unaserie de led que representan las fuentes de luz en el modelo de un circuito eléctrico de unacasa de familia de la época.

Están utilizando el motor eléctrico de un grabador pequeño como generador de electricidad,haciéndolo girar con una máquina de vapor que, en ese entonces, era la fuente de energíamecánica disponible.

- Aquí ven un tren a vapor que muestra el sistema biela-manivela en sus ruedas motrices.

Esta imagen sirve de punto de partida para entrar en el análisis de la máquina de vapor (paramuchos desconocida), y en el estudio de la conversión de los movimientos de rotación enun movimiento de traslación y viceversa (mecanismo biela-manivela y, en algunas, el excén-trico).

Algunos alumnos recuerdan entusiasmados haber visto máquinas de vapor de juguete y sepreguntan si no pueden conseguir alguna para traerla al aula.

Ésta es una de las preguntas que surge durante la proyección del vídeo que permite a losalumnos analizar los procesos de una usina hidroeléctrica.

A partir de la explicación de su profesor, consideran que hay usinas termoeléctricas en lasque el alternador que entrega energía eléctrica es accionado por una máquina térmica.

- ¿Sabían ustedes que las primeras usinas termoeléctricas tenían máquinas de vapor?

- ¿Cómo se genera energía eléctrica en los lugares donde no hay río?

El recurso didáctico que proponemos

66

Las situaciones que hemos expuesto,plantean la importancia de contar con unapequeña máquina de vapor para responder alas inquietudes planteadas.

Teniendo en cuenta las posibilidades cons-tructivas de una escuela técnica, llegamos a laconclusión de que es factible concretar unpequeño modelo de máquina de vapor conun sistema de simpleacción (el vapor actúadesplazando el émboloen un solo sentido, y noen ida y vuelta) y pistónoscilante, que simplificala caja de distribucióndel vapor.

En cuanto al material delos elementos neurálgi-cos del sistema, nosdecidimos por el latón(aleación de cobre yzinc), debido a su facili-dad de maquinado y a suresistencia a la corrosión.

El análisis y la construc-ción de esta máquina devapor permiten a losalumnos entrar al campode muchos temas, tantocientíficos como tec-nológicos (conversión deenergía, cambios de esta-do, transformación demovimientos, inercia,etc.), trabajar en el aula-

taller y, también, activar su creatividad alplantear distintas soluciones constructivas.

Una vez construida la máquina de vapor, losjóvenes pueden imaginar y construir disposi-tivos y/o elementos asociados, como modelosde pequeñas máquinas de taller que puedanconectarse mecánicamente con ella.

77

2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O SP R O B L E M A S

LLaa mmááqquuiinnaa ddee vvaappoorr yy llaa eenneerrggííaa mmeeccáánniiccaa.. EEnnffooqquuee hhiissttóórriiccoo

La máquina de vapor es un motor de com-bustión externa que convierte la energía tér-mica, producto de la combustión de carbón,leña, gas, etc., en energía mecánica; el factorde mediación en esta conversión es el vaporde agua (Recordemos que en la combustiónhay conversión de energía química en térmi-ca).

La energía mecánica es el elemento vital detoda actividad física (muscular o maquinal),pues toda actividad física entraña una energíaque la sustenta, desde un esfuerzo muscularhasta el funcionamiento de un robot.

El esfuerzo físicohumano fue laprimera fuente deenergía mecánicacon que contó elhombre. Éstesiempre buscó laforma de liberarsede ese esfuerzo,lográndolo enparte cuandoaprendió a do-mesticar y a a-parejar a los ani-males, transfirién-dole a ellos la realización de determinadostrabajos.

En cuanto a los caballos, los arneses antiguos—que consistían en tiras que, pasando deba-jo del cuello del animal, lo ahogaban si éstetiraba demasiado— no le permitían realizaresfuerzos superiores al orden de 1/3 de CV,aproximadamente, equivalente a unos 260 a300 watt. A partir del siglo X, en los paísesmediterráneos, se usa el arnés moderno, con-sistente en una collera almohadillada coloca-da en el cuello del animal y apoyada en sushuesos; esto le permite tirar sin problemasrespiratorios ni circulatorios, multiplicandoasí su rendimiento, que llega al orden de 1 CV (736 watt). En la misma época comien-za a usarse la herradura de hierro. Es intere-sante destacar que esa collera venía usándoseen China desde los orígenes de nuestra era.

Hay múltiples ejemplos del uso de animalesen esfuerzos de tracción o en el movimientode máquinas; a continuación, mostramosalgunos.

Recordemos que unhombre normal pue-de desarrollar unapotencia del ordende 1/7 de CV (Caba-llo Vapor; en inglés,HP horse power;1 HP = 1,0038 CV),equivalente a unos100 watt, si biendurante breves perí-odos puede llegar aresultar el doble.

También podemos señalar que algunosapelaron a descargar en otros hombres, losllamados esclavos, la realización de los traba-jos más pesados; recordemos con horror losgaleotes encadenados a los barcos, con losremos en la mano y sin posibilidades dedesplazarse ni siquiera para satisfacer susnecesidades fisiológicas. La esclavitud, queen Europa desapareció en el medievo, inex-plicablemente subsistió en América (avaladapor las autoridades religiosas y civiles de suépoca) hasta bien entrado el siglo XIX.

En la búsqueda de fuentes alternativas parareemplazar la energía muscular humana o lade los animales, merece destacarse un proce-so que tuvo lugar a lo largo de la baja edadmedia y que cambió la faz del mundo. Nosreferimos a la introducción sistemática de losmolinos (primero, los de agua y, luego, los deviento) en las actividades productivas; sufuncionamiento se sustenta en la energía

88

Noria queacciona cuatrobombas deagua

Perro suministrando energía mecánica a unapiedra de afilar cuchillos; dibujo de 1860

cinética, ya sea la del agua en movimiento(impulsada por la gravedad) o la del viento;es decir, en energías brindadas por la natu-raleza. Durante el funcionamiento de estosingenios hay transformación de energíacinética de translación, en energía cinética derotación, que es la utilizable.

Como antecedente de la utilización del vien-to como fuente de energía se puede men-cionar la navegación a vela.

Con la introducción de la máquina (los moli-nos) en la vida cotidiana de la sociedad euro-pea, comienza a gestarse ese fenómeno carac-terístico del mundo actual, la mecanización,que hoy abarca no solamente las actividadesproductivas, sino también las de la vidacotidiana doméstica.

El desarrollo de la Europa medieval está ínti-mamente vinculado a estas fuentes deenergía. Podemos plantear que:

Analizaremos este hecho (el reemplazo sis-temático, en la Europa medieval, del trabajode hombre por el trabajo de la máquina) pero

no las causas que lo motivaron.Simplemente, a título de comentario, men-cionaremos algunas: por ejemplo hayquienes plantean que la causa principal fue lafalta de mano de obra, posiblemente por ladesaparición de la esclavitud o como conse-cuencia de las pestes; otros, sin embargo,consideran insuficiente este argumento yhablan, más bien, de un cambio de mentali-dad frente a un cambio en la estructura socialy a una nueva realidad que no aceptaba más,ni la existencia de fuerzas inviolables a lasque el hombre debía someterse y que leimpedían pretender dominar las fuerzas de lanaturaleza (recordemos que se llegó a con-siderar ofensa sagrada todo intento de afectarel orden natural), ni el ideal del conocimien-to desinteresado, característico de los grie-gos. El tema es complejo; nosotros nos remi-tiremos al hecho en sí: El reemplazo sis-temático del trabajo del hombre por el traba-jo de las máquinas (en la oportunidad, de losmolinos de agua y de viento) y sus conse-cuencias.

Avanzando en este proceso de utilización dela máquina como fuente de energía mecáni-ca, después de los molinos surgieron lasmáquinas de vapor (motores de combustiónexterna) que utilizan el vapor como genera-dor de energía mecánica; y, en una etapa pos-terior, hicieron su irrupción los motores decombustión interna.

Es interesante destacar que, en los molinos,las fuerzas en juego son naturales; es decir,son fuerzas que brinda directamente la natu-raleza (el agua en movimiento por efecto dela gravedad, o el viento). En los motores,tanto de combustión externa como interna,en cambio, las fuerzas son artificialmente

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La sociedad medieval marca el comienzo delreemplazo sistemático del trabajo muscularpor el trabajo de la máquina, proceso que seacentuó notablemente durante la RevoluciónIndustrial, una etapa del desarrollo de lasociedad occidental que se caracterizó por lasustitución no sólo del esfuerzo físico sinotambién de la actividad manual del hombre porla máquina. Como ejemplo, podemos men-cionar la hiladora mecánica que reemplazó ala rueca, o el telar mecánico que reemplazó eltelar manual.

generadas mediante la conversión de laenergía química de los combustibles enenergía mecánica.

Con la invención de la máquina de vapor, elhombre comienza a disponer de energíamecánica en cantidades significativas y en ellugar que lo desea, independizándose decondicionamientos derivados de la geografíay el medio (ríos y vientos). Esto cambia elesquema productivo y, como consecuencia,toda la estructura social; la sociedad entra,entonces, en una nueva era, la era de lamecanización, mecanización que hoy abarcano sólo la estructura productiva sino elhogar.

Volviendo al tema de los molinos, podemosdecir que si bien su introducción en laestructura social marca el comienzo de lamecanización en el mundo, en la antigüedadse conocían las máquinas, aún cuando no selas utilizaba sistemáticamente para simpli-ficar el trabajo humano y su aplicación erarestringida.

Tengamos en cuenta que la rueda hidráulica(molino de agua) había aparecido en elCercano Oriente un siglo antes de Cristo(Vitruvio hace una descripción detallada deun molino hidráulico allá por el año 16 antesde nuestra era) y el molino de viento enPersia, probablemente también siglos antesde la era cristiana. Sin embargo, hay queesperar hasta el medievo para que los moli-nos (tanto de agua como de viento) entren aformar parte integrante de la estructura pro-ductiva.

Los molinos de agua, que fueron losprimeros que se usaron en forma sistemática

en Europa, si bien ya se conocían en la épocade los romanos, no tenían un uso generaliza-do ya que éste, prácticamente, se reducía a lamolienda de granos. En un principio, eran deeje vertical y requerían cursos de agua rápi-dos y grandes desniveles, por lo que seusaron sobre todo en zonas montañosas; sepueden considerar los precursores de lasturbinas hidráulicas. Los de eje horizontal(llamados, también, ruedas hidráulicas)parecen ser posteriores y su uso se generalizóen el medievo; primero, en la molienda deltrigo y, luego, en otras actividades entre lasque podemos mencionar, el abatanado de lalana (proceso consistente en golpear la telaen agua para encogerla y compactarla, yaumentar así su resistencia) y la fabricaciónde papel.

1100

Molino de agua

En el siglo XIII y XIV también se utilizanmolinos para accionar fuelles y martinetes deforja, para mover sierras, etc. Y, más ade-lante, a partir del siglo XV, en el accionamien-to de bombas para el drenado de minas, demáquinas de trefilar y como fuente deenergía en las industrias textil y papelera. Engeneral, se los siguió llamando molinos;aunque, en algunos casos, también ruedashidráulicas. Cabe destacar que, en el mundomusulmán, el uso de los molinos de aguaestaba casi exclusivamente restringido a lairrigación.

En el siglo XI, aproximadamente, aparece enEuropa otra fuente de energía, los molinos deviento. Existen diversas opiniones sobrecómo llegaron y se difundieron; según unavieja tradición, la idea fue traída por los

cruzados; pero, también se dice que llegaronprimero al norte de Europa siguiendo lasrutas comerciales que atravesaban Persia, elmar Caspio y los ríos rusos; y, según otros, suaparición fue consecuencia de la expansiónislámica vía Marruecos y España.Inicialmente, el molino de viento, en su ver-sión europea, estaba montado sobre un sóli-do poste de madera que permitía que elmolino (en este caso, llamado molino deposte) pudiera ser girado para orientarlo convistas al viento, lo que limitaba su tamaño.Para subsanar este problema, se apeló a loque se llamó molino de torre, en el que eledificio y la maquinaria están inmóviles, ysólo gira la parte de arriba, solidaria con lasaspas, para poder orientarlas ante el viento.Esta modificación permitió la construcciónde unidades más grandes.

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Imagen de los Países Bajos hacia 1590

1122

Una innovación posterior, la "cola de viento",inventada por Edmund Lee en 1745, posibi-litó la construcción de molinos de viento quepueden mantener sus aspas automáticamentecon vistas al viento. Éste es, probablemente,uno de los primeros ejemplos de controlautomático en el campo de la mecánica.

Los hombres de la Edad Media y delRenacimiento construyeron molinos de aguay de viento en cada localización en la que lesfue posible, lo que les permitió disponer deenergía para incrementar el proceso produc-tivo; esto no sucedió en otras partes delmundo.

Estos molinos fueron la primera fuente deenergía basada en las fuerzas de la naturalezay, para su época, representaron lo que hoypuede ser el carbón, el petróleo o el uranio;

pero, la diferenciasubstancial es que laenergía del viento odel agua debe serutilizada in situ, loque imponía límitesa la localización delas actividades pro-ductivas en funciónde la geografía y delclima. La difusión delos molinos en Euro-pa marcó el comien-zo de la ruptura conel mundo tradicionaly un lejano prea-nuncio de la Revolu-ción Industrial.

El proceso de meca-nización de las acti-

vidades productivas promovió una impor-tante evolución de la técnica; por ejemplo: eldesarrollo de los molinos hidráulicos y eóli-cos trajo aparejado el desarrollo de muchísi-mos mecanismos conexos (ruedas dentadas,bielas, etc.). Es interesante destacar que esteproceso de mecanización fue un fenómenotípicamente europeo que no se dio en otraspartes del globo. Como ejemplo, podemosmencionar el caso del papel que aparece enChina en el año 100 y recién llega a Europaa través de los árabes en el siglo XII o XIII (elrecorrido de la llamada ruta del papel, deChina a Europa, requirió más de mil años);durante todo ese tiempo, los chinos lo fabri-caron manualmente, mientras que desde suintroducción en Europa se lo fabricó conmedios mecánicos.

Recordemos que, en esa época, tanto en

Molino de torre Molino de poste

China como en los países árabes, existía unnivel técnico comparable y, en muchos casossuperior, al de Europa; pero, la evolución dela mecanización y, consecuentemente, de latécnica en ese continente hace que todocomience a cambiar y, en poco tiempo,Europa pase a la cabeza del mundo.

Refiriéndose a la técnica de los chinos,Gimpel comenta que "sus grandes inventosno desempeñaron jamás un papel determi-nante en la evolución histórica del país."1

Posiblemente, la mecanización fue la llavemaestra que le permitió a Europa conquistarel mundo; sin el galeón y las armas de fuegode la época, todos productos de una técnicamecanizada, eso no hubiera sido posible.

Durante la Edad Media, la actividad técnicafue intensa. Muchos de los inventos quetuvieron lugar durante ese período sentaronlas bases del mundo moderno; por ejemplo,el reloj mecánico —la máquina más comple-ja de la época y elemento clave del procesode industrialización— hizo su aparición en elsiglo XIII.

La invención del reloj mecánico marca unaimportante ruptura con el mundo natural. Apartir de entonces, ya no será más la salidadel sol o el canto del gallo el que señalará elcomienzo del día, sino el reloj que, además,condicionará el ritmo de todas las actividadescotidianas. Podemos mencionar, también, eluso de la brújula (invento chino que loseuropeos conocieron por intermedio de los

árabes) y de la pólvora (invento, también,probablemente chino, pero que no parecehaber sido utilizado por éstos con fines béli-cos).

Todos estos hechos preludiaron grandescambios en la estructura económica y socio-cultural de la época; el reloj, máquina pre-cursora del mundo actual, planteó una nuevaconcepción mecánica del tiempo y fue sin-cronizando las acciones humanas imponién-doles un ritmo (el ritmo de la máquina) queposibilitó, más tarde, el surgimiento delmundo industrial moderno. La brújula abrióel camino a la expansión de la navegaciónmarítima; el uso de la pólvora y de las armasde fuego marcó el comienzo del fin de laestructura feudal (los castillos feudales, ba-luartes hasta entonces muchas veces casiinexpugnables dejaron de serlo frente a lasbocas de fuego).

Con justa razón puede hablarse de una revo-lución técnica en el medievo, resultado de undesarrollo técnico y de una cultura técnicaque es consecuencia de la presencia de lamáquina en la vida cotidiana, pero no comocaja negra, como caja cerrada, sino comoalgo abierto a la vista de todos, entendiblepor todos. Los molinos eran sin lugar adudas lugares públicos donde cada unovenía a moler su grano, y allí la máquinamostraba sus entrañas: los ejes, los engrana-jes, las piezas funcionales.

El desarrollo técnico de la Edad Media ge-neró una ccuullttuurraa ttééccnniiccaa que influyó en laevolución de la sociedad europea y con-tribuyó de manera decisiva al nacimiento delmundo actual; fue un factor importante en elsurgimiento del Renacimiento y una pieza

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1 Gimpel, J. (1981) La revolución industrial en la Edad Media.Taurus. Madrid.

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clave de la Revolución Industrial, partida denacimiento de la sociedad industrial.

Los logros técnicos del medievo hicieron queel hombre europeo comenzara a tomar con-ciencia de su capacidad para utilizar y hastadominar las fuerzas de la naturaleza, lo que leacrecentó la confianza en sí mismo y mental-mente comenzó a superar una sensación desujeción, de subordinación, casi podríamosdecir de obediencia y de respeto, frente almundo natural en el que está inmerso y asentirse dueño de sí y del mundo.

Esto amplió el alcance de sus posibilidades ycomenzó a perder la noción de límite, tantoen sus aspiraciones como en la utilización delos recursos de la naturaleza (fundamental-mente en lo referente a los no renovables) y aentrever la posibilidad de ser el constructorde un nuevo mundo, un mundo artificialhecho a su medida.

En pocos siglos el hombre logró materializaren parte sus utopías y construir ese mundoartificial en el que vivimos, un mundo tec-nológico cuya gestación comenzó en elmedievo con la introducción sistemática dela máquina en la estructura social (los moli-nos) y cuyo segundo gran salto fue la inven-ción de la máquina de vapor y su aplicaciónen la estructura productiva; un mundo congrandes ventajas, pero también con susgrandes problemas: contaminación, degra-dación del medio ambiente, uso indiscrimi-nado de los recursos no renovables, etc.

Sería imposible concebir le invenciones quetuvieron lugar en la Europa de los siglosXVIII y XIX, como por ejemplo las máquinasde vapor, de hilar, de tejer, etc., si no hubiera

habido una cultura técnica que lo posibili-tara, tengamos en cuenta que muchos de losinventores de la época eran simples técnicoso artesanos -hábiles y ambiciosos- que teníanel sentido de la técnica.

LLaa eenneerrggííaa yy ssuuss ttrraannssffoorrmmaacciioonneess

En las máquinas que hemos visto en los pá-rrafos anteriores hay una energía final enjuego que proviene de la transformación oconversión de alguna forma de energía,teniendo en cuenta que la energía no puedeser creada ni destruida, pero sí sufrir trans-formaciones (ley de conservación de laenergía).

El término energía abarca un conjunto demagnitudes —aparentemente diferentes,pero íntimamente relacionadas entre sí—que son las diferentes formas en que se pre-senta la energía. Desde nuestra ópticapodemos clasificarla en seis fundamentales:

En términos físicos, podemos decir queeenneerrggííaa es todo lo que, directa o indirecta-mente, se puede convertir en trabajo mecáni-co; en otras palabras, es la capacidad de loscuerpos o sistemas de cuerpos para efectuarun trabajo.2

2 Con este enfoque parcializamos un poco el tema, ya quehacemos abstracción de la esencia de la energía y la vincu-lamos, fundamentalmente, a su manifestación como gene-radora de trabajo. Por razones de simplicidad y facilidad decomprensión aceptamos —en principio— este planteo, de-jando asentado que, en el concepto de energía, subyace uncontenido más abstracto.

• Energía mecánica (potencial o cinética).

• Energía térmica.

• Energía química.

• Energía eléctrica.

• Energía radiante (radiación electromag-nética).

• Energía nuclear.

También se puede hablar —en función de lasfuentes de donde proviene o de sus carac-terísticas— de energía eólica, hidráulica,mareomotriz, muscular, geotérmica, lumi-nosa, etc.; pero, teniendo en cuenta que sonvariantes o aspectos parciales de las seis for-mas fundamentales que hemos planteado.

La eenneerrggííaa mmee--ccáánniiccaa que co-rrientemente sepone de mani-fiesto en los mo-vimientos, des-p l a z a m i e n t o s ,etc., puede serpotencial o cinéti-ca.

La eenneerrggííaa ttéérrmmii--ccaa está presenteen la combustión,en el calenta-miento por fro-tamiento, etc.; enmuchos casos, esuna energía detransición. Comoejemplo de ele-mentos que pue-

den ser generadores de energía térmicapodemos mencionar la hulla, el petróleo, elgas natural y otros combustibles.

La eenneerrggííaa qquuíímmiiccaa tiene las características deser una energía de reserva que posibilita otrasformas de energía. Como ejemplo de ele-mentos depositarios de energía químicapodemos mencionar: los combustibles, losexplosivos, las pilas, los acumuladores, losmúsculos, etc.

La eenneerrggííaa eellééccttrriiccaa es una de las más ver-sátiles; su generalización y uso en todos loscampos del quehacer humano se remonta apoco más de un siglo y está íntimamente aso-ciada al desarrollo del mundo de hoy. La cir-culación de corriente es una manifestaciónde la energía eléctrica. La energía eléctricautilizable no se obtiene directamente de lanaturaleza, sino que es el resultado de la con-versión de otro tipo de energía -sea éstamecánica (dínamos y alternadores), química(pilas), térmica (par termoeléctrico) o ra-diante (célula fotovoltaica)- en eléctrica.

La eenneerrggííaa rraaddiiaannttee se presenta bajo la formade luz visible, radiaciones electromagnéticas:rayos X, rayos gamma, rayos ultravioletas,rayos infrarrojos, ondas hertzianas, etc. Lazona visible de la energía radiante corres-

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La energía térmica es un factorclave en las máquinas de vapor,

pues es la que genera el vapor que lashace funcionar.

La energía química presente en los com-bustibles es la que se convierte en laenergía térmica que genera elvapor.La eenneerrggííaa ppootteenncciiaall

es la capacidad paraefectuar trabajo queposee un cuerpo,debido a su con-figuración o su posi-ción (por ejemplo: unresorte comprimido,un cuerpo que pue-de caer o una masade agua que tiende,por gravedad, a ba-jar hasta el nivel delmar).

La eenneerrggííaa cciinnééttiiccaaes la capacidad paraefectuar trabajo queposee un cuerpo ouna masa de aguadebido a su estadode movimiento.

ponde a la energía luminosa.

La eenneerrggííaa nnuucclleeaarr es la que mantiene unidalas partículas en el núcleo de los átomos y sepone de manifiesto bajo forma de energía tér-mica, cuando se produce la fisión de núcleosde elementos químicos pesados como eluranio, o la fusión entre sí de núcleos de ele-mentos de peso atómico bajo. Actualmente,tiene aplicaciones prácticas solamente lafisión nuclear.

Las energías térmica, química, eléctrica, ra-diante y nuclear, directa o indirectamente, sepueden transformar en energía mecánica.

Habiendo planteado la energía como lacapacidad para producir trabajo, veamos quées el trabajo.

Desde el punto de vista de la física, ttrraabbaajjoo esel producto de una fuerza por el desplaza-miento del punto de aplicación de la misma;se realiza un trabajo cuando al aplicar unafuerza se produce un desplazamiento; porejemplo, si aplicamos una fuerza (F) a unmóvil, cuando el móvil se mueve una distan-cia (d), efectuamos un trabajo (T); el trabajoes energía puesta en acción.

La relación entre el trabajo (T), la fuerza (F)y el desplazamiento en el sentido de lafuerza, es decir la distancia recorrida (d), seexpresa por la fórmula:

T = F . d

El trabajo y la energía se miden con la mismaunidad: kilowatt-hora (kWh), kilográmetro(kgm), joule (J), caloría (cal), etc.

Energía y trabajo son dos conceptos asocia-dos al hombre, a su desarrollo y a su evolu-ción.

El trabajo que se lleva a cabo en la unidad detiempo es lo que se llama potencia. La poten-cia es el ritmo del trabajo. Existen variasunidades de potencia; entre ellas, podemosmencionar el caballo vapor (CV) y el watt(W).

FFuueenntteess ddee eenneerrggííaa

La energía de que disponemos proviene:

• DDeell SSooll (combustibles fósiles, vientos,corrientes de agua, biomasa).

• DDeell pprroocceessoo ccóóssmmiiccoo qquuee ddiioo nnaacciimmiieennttooaall ssiisstteemmaa ssoollaarr (energía nuclear y energíageotérmica).

• DDee llaa aattrraacccciióónn ggrraavviittaattoorriiaa SSooll--TTiieerrrraa--LLuunnaa (energía de las mareas); ésta es, re-lativamente, mucho menos importanteque las otras dos.

La fuente más importante de energía de quedispone el ser humano es el Sol. Como todaslas estrellas, ésta es un gigantesco reactor ter-monuclear que transforma una parte de sumateria en energía, que emite bajo la formade radiaciones (luz visible, calor, rayos gama,etc.).

Los combustibles fósiles (carbón mineral,petróleo y gas natural), representan energíasolar acumulada a través de siglos.

El viento y los ríos (también fuentes provee-doras de energía) son consecuencia del calor

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del Sol, que llega a la Tierra (calentando susuperficie, lo que provoca movimientos deaire y consecuentemente los vientos; o eva-porando el agua que, luego, precipita bajoforma de lluvia, y alimenta los ríos y mares,cerrando el ciclo meteorológico).

La madera, otrafuente de energía,es consecuenciade un proceso defotosíntesis de-bido a la radia-ción solar. Lafotosíntesis, únicafuente disponiblede materia orgá-nica, es el procesofundamental quehace que se con-serve la vida en laTierra, pues per-mite que las plan-tas elaboren lassustancias que ne-cesitan para su de-sarrollo; y, como a su vez, las plantas sirvende alimento a los animales herbívoros, losque a su vez son el alimento de loscarnívoros, la vida continúa; podemos decirque la fotosíntesis es el fenómeno vital denuestro planeta.

TTrraannssffoorrmmaacciioonneess ddee eenneerrggííaa

Consideremos algunos ejemplos de transfor-mación de energía:

• En el molino de viento, la energía eólica(energía cinética del aire en movimiento)

se transforma en energía mecánica pre-sente en un eje que gira.

• En el proceso de combustión, la energíaquímica del carbón mineral o de la leñase transforma en energía térmica. Estaenergía térmica puede generar vapor deagua que, aplicado a una máquina devapor, genera energía mecánica.

• En motores de combustión interna, laenergía química de combustibles líqui-dos como nafta o gasoil se transforma enenergía mecánica.

• En los molinos de agua o en las turbinashidráulicas, la energía hidráulica (fuerzaviva de una corriente o de un salto deagua) se transforma en energía mecáni-ca;

• En una dínamo o en un alternador, laenergía mecánica se transforma en ener-gía eléctrica. La dínamo entrega corrientecontinua mientras que el alternadorentrega corriente alterna —es decir, co-rriente cuyo sentido se invierte perió-dicamente—.

• En las pilas, la energía química se trans-forma en energía eléctrica, por una reac-ción química.

• La energía nuclear mantiene unidas laspartículas en el núcleo de cada átomo yque puede ser liberada bajo la forma deenergía térmica y radiante.

• En un motor, la energía eléctrica se trans-forma en energía mecánica; o, en un cale-factor, en energía térmica.

• Con la fricción, la energía mecánica setransforma en energía térmica.

• Etc.

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La fotosíntesis es elproceso por el cualla clorofila de lasplantas convierteparte de la energíaluminosa que recibeen energía química;durante este proce-so, transforma elanhídrido carbónico(CO2) y el agua, englúcidos (H-C-OH),glucosa, almidón,celulosa, etc. y enoxígeno; es decir,convierte materia i-norgánica en mate-ria orgánica.

Estos ejemplos nos muestran que no siemprela energía se encuentra en la forma más adap-tada para cumplir la función requerida, porlo que suele ser necesario transformarla deuna forma en otra.

El concepto detransformaciónde la energía esamplio y, enmuchos casos,implica su con-versión. Paraaclarar el tema, veamos algunos ejemplos: losmolinos de viento o de agua transforman laenergía mecánica del viento o del agua(energía eólica e hidráulica, respectivamente)en energía mecánica presente en un eje quegira; pero, no hay conversión de energía:antes y después de la transformación tene-mos energía mecánica —si bien bajo distin-tas características—. En otros casos, la trans-formación implica conversión: en un motorde combustión interna hay conversión deenergía química en energía mecánica, en unamáquina de vapor hay conversión de energía

térmica (resultado de la conversión deenergía química en térmica en un quemador)en mecánica, en una plancha hay conversiónde energía eléctrica en térmica; en estosejemplos, la energía que alimenta el disposi-tivo es de una forma distinta de la que en-trega.

Otro ejemplo interesante de destacar es elorganismo humano, que convierte granparte de la energía química de los alimen-tos en energía mecánica (que se pone demanifiesto en el trabajo muscular) y enenergía calórica. La mayor parte de laenergía contenida en los alimentos sirvepara producir calor y no trabajo muscular.Tengamos en cuenta que el calor del cuer-po es esencial para la supervivencia y queel hombre, como todo ser viviente, con-vierte energía.

Los dispositivos o máquinas que conviertenun tipo de energía en otro se llaman con-versores de energía. A continuación, men-cionamos algunos conversores y las corres-pondientes energías de entrada y de salida.

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Entendemos porccoonnvveerrssiióónn a latransformación deuna forma funda-mental a otra.

CCoonnvveerrssoorr ddee eenneerrggííaa EEnneerrggííaa ddee eennttrraaddaa EEnneerrggííaa ddee ssaalliiddaaMotor de combustión interna Energía química Energía mecánicaQuemador Energía química Energía térmicaMáquina de vapor Energía térmica Energía mecánicaLámpara de luz incandescente Energía eléctrica Energía radiante y térmicaLámpara de luz fría Energía eléctrica Energía radiantePlancha eléctrica Energía eléctrica Energía térmicaPlancha de gas Energía química Energía térmicaPar termoeléctrico Energía térmica Energía eléctricaResistencia eléctrica Energía eléctrica Energía térmicaMotor eléctrico Energía eléctrica Energía mecánicaDínamo y alternador Energía mecánica Energía eléctricaPila Energía química Energía eléctricaCélula fotovoltaica Energía radiante Energía eléctricaReactor nuclear Energía nuclear Energía térmicaCuerpo humano (termorregulación) Energía química Energía térmicaCuerpo humano (músculos) Energía química Energía mecánicaMicrófono Energía mecánica Energía eléctricaAltavoz Energía eléctrica Energía mecánica

RReennddiimmiieennttoo

En todo proceso de transformación deenergía, una parte de la energía se pierde bajoforma de calor. Para evaluar la relación entrela energía que entrega un dispositivo y la queabsorbe, se utiliza el concepto de rendimien-to.

Energía que entregaRendimiento =

Energía que recibe

A continuación, indicamos el rendimientoaproximado de algunas máquinas.

Máquina de vapor: 10-15 %Motor de explosión: 25-30 %Motor diesel: 35-40 %Turbina de vapor: 35-45 %Turbina hidráulica: 75-90 %Motor eléctrico: 80-90 %Alternador: 85-95 %Transformador eléctrico: 99 %

GGéénneessiiss ddee llaa mmááqquuiinnaa ddee vvaappoorr

Buscando rastrear los antecedentes del usodel vapor como fuente de energía mecánica,nos remontamos a la civilización helénica y,en particular, a Herón de Alejandría (que,posiblemente, vivió en el siglo II a. C. y delque se piensa que fue discípulo de Ctesibio)quien, en un manuscrito titulado Spiritaliaseu Pneumática menciona diversas máquinas—algunas, posiblemente, inventadas porCtesibio (célebre sabio y mecánico que vivióen el siglo III a. C., y que inventó la bombaaspirante-impelente); decimos "posible-

mente" debido a que en el texto nada indicaquién pudo ser el autor de los dispositivosdescritos pues, como dice en su obra, suintención es recopilar las máquinas que eranconocidas y añadir las inventadas por él—;porque Herón es el primer mecánico cuyasobras escritas han llegado hasta nuestros días.

A título de comentario y por su vinculacióncon las primeras máquinas de vapor —quefueron concebidas para accionar bombas deagua— haremos una breve descripción de lasbombas aspirante y aspirante-impelente que,según la tradición, fueron inventadas porCtesibio.

Comenzamos con la bomba aspirante queconsta de un cilindro o cuerpo de bomba, yun émbolo (pistón) que se desplaza ajustada-mente en su interior; el fondo de este cuerpode bomba está conectado, vía una válvula deapertura y cierre, a un caño que se prolongahasta sumergirse en el agua. La válvula per-mite la entrada de agua al cuerpo de bombapero bloquea su salida. El émbolo tambiéntiene una válvula que se abre y cierra en elmismo sentido que la primera.

Al desplazarse el émbolo en su carrera ascen-dente, parece absorber el líquido; de aquíproviene el nombre de la bomba aspirante.Pero, como veremos más adelante, es la pre-sión atmosférica actuando sobre la superficielibre del agua la que provoca su ascensión ysu entrada al interior de la bomba, y no elvacío que se produce al subir el émbolo. Enla carrera descendente del émbolo, su válvu-la se abre y el agua pasa a la parte superior dela bomba; en la carrera ascendente del émbo-lo, esta válvula se cierra y el agua se vuelca alexterior.

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Volviendo a las máquinas inventadas porHerón, muchas fueron simples juegos y otrasestaban concebidas para usos sagrados; en estecaso, cumplían una función religiosa, convir-tiendo a los templos en lugares de misterio. Lacaracterística más interesante de estos ingenioses la utilización del aire caliente o el vapor parasu funcionamiento; por ejemplo, en disposi-tivos a reacción para hacer girar figuras en unaltar. Sin embargo, pese al talento puesto enjuego en su desarrollo, no representaronningún progreso técnico y nada hicieron paraayudar al hombre en sus labores ni para incre-mentar su control sobre su entorno físico; esdecir, no se utilizaron para fines prácticos.

Entre las máquinas concebidas por Herón esinteresante mencionar la eolipila.

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Bomba aspirante

Bomba aspirante-implemente

En la bomba aspirante-impelente, elémbolo no tiene válvula; pero, ademásde la que está en el fondo de la bomba,hay otra en la parte inferior que,actuando en sentido inverso, permite lasalida del agua durante la carreradescendente del émbolo; vinculado aesta válvula hay un caño que posibilitallevar el agua impelida por el émbolohasta una altura que es función de lapresión que se ejerce sobre el émbolo.

La eolipila es una bola hueca que girasobre dos pivotes colocados en la tapade un recipiente en el que hierve agua;uno de los pivotes es hueco y por él cir-cula el vapor que, entrando en la bola,sale por dos tubos acodados solidariosa ésta, haciéndola girar por reacción.

Podríamos considerar a la eolipila como unancestro de la máquina de vapor; sin embar-go, este dispositivo no dejó de ser un simpleartilugio para la curiosidad, lo que nosplantea una pregunta: ¿Por qué no se llegó autilizarla como fuente de energía mecánica yhubo que esperar casi 18 siglos para que estotuviera lugar? Las razones pueden ser múlti-ples; pero, posiblemente, dos sean las funda-

mentales: la sociedad de la época no requeríanuevas formas de energía mecánica, ya quetenía a los esclavos y, además, no habíamuchas máquinas que mover; y, por otrolado, el desarrollo técnico de entonces noposibilitaba una aplicación práctica de estainvención —si hubiera sido necesaria, posi-blemente no hubieran pasado casi 18 siglossin intentar desarrollarla—.

2211

A título de curiosidad también podemosseñalar un mecanismo diseñado porHerón para abrir las puertas del templo.El dispositivo constaba de: un altar (a)sobre el cual se encendía fuego, unaesfera (b) llenada parcialmente de agua,un caño (c) que actuaba como sifón, unbalde (d) que pendía de una polea, un sis-tema de cuerdas (e) fijadas al balde, doscilindros (f) solidarios a los ejes de laspuertas y sobre los cuales se enrollabanlas cuerdas, y un contrapeso (g) en el otroextremo de las cuerdas.

Cuando sobre el altar (a) se encendía elfuego del sacrificio, el aire dentro de él seexpandía y, al aumentar la presión en laesfera (b), el agua se veía forzada a pasarpor el sifón (c) al balde (d) que descendíatirando las cuerdas (e), las que —actuan-do sobre los cilindros (f) solidarios a losejes de las puertas— provocaban el girodel eje y que las puertas se abrieran.Cuando el fuego se apagaba, la presióndel aire dentro del altar volvía a ser nor-mal, el agua del balde volvía a la esfera através del sifón y el contrapeso (g) hacíaque las puertas volvieran a cerrarse.

Después de las experiencias de Herón hayque llegar al siglo XVII para encontrarse conlas primeras máquinas que utilizan el vaporde agua como fuente de energía mecánica.Ahora bien, estas máquinas utilitarias esta-ban asociadas no sólo al poder expansivo delvapor de agua, sino a la presión atmosféricay al vacío3 (vacío que se produce cuando elvapor se condensa), conceptos de los querecién se comienza a tomar conciencia comoresultado de los experimentos de EvangelistaTorricelli (1608-1647), discípulo de GalileoGalilei (1564-1642). Si bien hoy el vacío yla presión atmosférica nos parecen hechosobvios, para los científicos del siglo XVII erancuestiones de profundas discusiones filosófi-cas. El vacío no podía existir —lo decíaAristóteles y lo corroboraba Descartes (1596-1650)—; la naturaleza tenía horror al vacío(la teoría del horror vacui).

Pero, un hecho concreto que, a posteriori, sevincula al tema, preocupaba a los investi-gadores de la época; la experiencia demostra-ba que no era posible elevar el agua con lasbombas aspirantes —llamadas así porque elémbolo parecía aspirar el líquido a medidaque el émbolo subía—, cuando la profundidada la que se encontraba superaba los 32 pies(10,33 metros), lo que contradecía el prin-cipio de la no-existencia del vacío —pues,evidentemente, en la parte superior de lacolumna la bomba producía un vacío que noera llenado por el agua—. Así estabanplanteadas las cosas cuando entra en escenaTorricelli, quien llega a la conclusión de que

el agua sube por presión atmosférica y no porsucción, hasta una altura en la que el peso dela columna de agua alcanza el valor de la pre-sión atmosférica y, luego, no sube más, pormuy alto que sea el vacío que se haga. En susexperiencias, por cuestiones de dimensión(para evitar tener un tubo de más de 10 me-tros), utiliza mercurio, un líquido catorceveces más pesado que el agua, pensando quela altura de la columna sería proporcional-mente menor. Tomando un tubo de cristal de800 mm, cerrado en uno de sus extremos, lollenó de mercurio, lo tapó con el dedo e,invirtiéndolo, lo sumergió en una cubeta quecontenía mercurio; una vez retirado el dedo,corroboró sus cálculos al constatar que lacolumna tenía una altura de 760 mm porencima del nivel del mercurio de la cubeta,independientemente del vacío presente en laparte superior de la columna. Esto muestraque el vacío no produce aspiración, —pues sino seguiría aspirando—; lo que pasa es que,al no actuar sobre la superficie libre de lacolumna, ésta sube hasta que su peso com-pensa el valor de la presión atmosférica.Como la presión atmosférica varía en funciónde la altura y de condiciones climáticas, laaltura de la columna de mercurio sufre lasvariaciones correspondientes. Éste es el prin-cipio del primer barómetro, el barómetro decubeta; pero, luego, surgieron también otrostipos de barómetros.

Estos nuevos conceptos —vacío y presiónatmosférica— despertaron el interés de físi-cos e investigadores de la época que se dedi-caron a realizar experiencias sobre el tema;entre ellos merece destacarse Otto vonGuericke (1602-1686) burgomaestre deMagdeburgo, que perfeccionó la llamadabomba aspirante-impelente de Ctesibio,

2222

3 Se habla de vacío o gas enrarecido, cuando éste se halla enun estado de presión menor que la atmosférica. Se distinguendiversos grados de vacío: muy alto, alto, medio y bajo.

bomba que luego utilizó en sus experienciasvinculadas al vacío. Su más famosa fue la delos "Hemisferios de Magdeburgo", llevada acabo en Ratisbona en 1654. Ésta —quedemostró la inmensa fuerza que podía ejercerla atmósfera— consistía en la imposibilidadde separar, ni siquiera con la ayuda de ochopares de caballo, dos grandes hemisferios decobre enfrentados para formar una esfera de50 cm de diámetro herméticamente cerrada,en la que se le había efectuado el vacío.

Con su famosa experiencia, Guerickedemostró la falsedad de los dogmas quehabían circulado sobre el horror de la natu-raleza al vacío; y, sobre el tema escribió ellibro Experimenta nova vacuo spatio. De estelibro se reproduce una imagen en la cual seve un grupo de 50 hombres intentando sacarun émbolo del interior de un cilindro delcual se había extraído el aire.

Otro de los investigadores que merece serrecordado por ser uno de los más impor-tantes precursores del empleo del vapor confines prácticos fue Denis Papin (1647-1714),físico e inventor francés que estudió y se doc-toró en medicina en París; pero que, atraídopor las ciencias físicas, abandonó la medicinay se interesó por las investigaciones deChristian Huygens (1629-1695), del que fuediscípulo; ambos investigaron sobre el vacíoy el comportamiento del vapor de agua, que

puede alcanzar un volu-men del orden de 1700veces el volumen de lamasa líquida que logeneró. Huyendo de laspersecuciones reli-giosas, por declararsecalvinista (hugonote),abandona Francia y sedirige a Alemania y, mástarde, a Inglaterradonde profundizó susestudios con RobertBoyle (1627-1691).

El 16 de diciembre de1681, Boyle lo haceentrar en la Sociedad

2233

Real de Londres, donde en 1681 presenta —con el título "New Digestor", su "Digestor"o "Marmita de Papin"— la que hoy, corrien-temente, es llamada "Olla a presión". En lapresentación expresa que ésta brinda unacocción más rápida que el agua hirviendo encondiciones normales y que las sustanciassusceptibles de disolverse, como la gelatinade los huesos, se ablandan y deshacen conmucha facilidad. La marmita consta de unavasija o recipiente de pared recia y resistentecon una tapa que la cierra herméticamente,con lo que se logra que, cuando se calienta,el vapor que se produce eleva la presión ensu interior y, como consecuencia, también sutemperatura. Recordemos que la temperatu-ra de ebullición del agua es función de la pre-sión. A nivel del mar, la temperatura deebullición es de 100 °C, pero cuando dis-minuye la presión por efecto de la altura, dis-minuye también la temperatura de ebulli-ción; y, por el contrario, cuando aumenta lapresión, aumenta también la temperatura.En el caso de la olla a presión, la temperatu-ra llega al orden de 115 a 120 °C, depen-diendo del calor suministrado y de la pre-sión, cuyo valor máximo está fijado por unaválvula de seguridad incorporada a la mar-mita —válvula también inventada por Papiny que, originalmente, consistía en una varillaarticulada en uno de sus extremos que,actuando sobre una pequeña válvula, obturala salida del vapor—. Sobre esta varilla hayun peso que se desplaza en función de la pre-sión máxima que se fije; cuando ésta superael valor prefijado, la válvula se abre, permi-tiendo la salida del vapor lo que impide unasobre elevación de presión con el correspon-diente riesgo de explosión de la olla. Laválvula de seguridad, tal como la inventóPapin, se sigue usando hoy.

En sus orígenes y hasta inicios del siglo XX,época en la que se comienza a comer-cializarla con el nombre de "Olla a presión",se la conoció con el nombre de "Digestor"; y,desde su existencia, es la solución paraquienes requieren una temperatura de ebulli-ción superior a los 100 °C (por ejemplo, paraextraer la llamada cola de carpintero4 de loshuesos) o para cocinar en zonas muy altasdonde la presión es baja y la temperatura deebullición también. Como ejemplo, men-cionamos que en las zonas muy altas de laPuna boliviana el huevo no se pone duro,pues la temperatura de ebullición del agua aesa altura no alcanza para coagular la proteí-na.

2244

Marmita de Papin o digestor

4 Cola que se calentaba a Baño María y que, antes de la apari-ción de los adhesivos vinílicos, se usaba corrientemente en lasactividades de carpintería.

En 1687, el príncipe Carlos de Hesse leofrece a Papin una cátedra de matemáticas yfísica en la Universidad de Marburgo a dondese traslada y continúa sus investigacionessobre el vapor. Con el título Un nuevo méto-do para obtener a bajo precio fuerzas motricesconsiderables, en 1680 publica un ensayo enel que sienta las bases del empleo del vaporpara generar energía mecánica, al decir:"Tomad un receptáculo cilindro que con-tenga agua y esté cerrado por un émbolo(pistón); si se lo calienta, se produce vaporque levanta el émbolo; dejad que se enfríe y

el vapor se vuelve a convertir en agua;entonces, por efecto de la presión atmosféri-ca, el émbolo vuelve a bajar; seguid alternan-do estas dos operaciones de calentar y dejarenfriar, y el émbolo se moverá en ida yvuelta."

Papin fue el primero que planteó a la presiónatmosférica como causa generadora dedesplazamientos, asociada con el vacío quese producía como consecuencia del enfri-amiento del vapor de agua, poniendo a la luzlo que en su época se llamó "el poder de lanada", y construyó un primitivo motor avapor basado en la presión atmosférica. Estemotor contaba con un único cilindro —quetambién servía de caldera— y un émbolo; elcilindro, colocado en posición vertical, teníaagua en el fondo que, cuando se calentaba,generaba vapor que elevaba el émbolo. Acontinuación, se retiraba la fuente de calor yse enfriaba el cilindro, con lo que el vapor secondensaba y se producía un vacío que, al nocontrarrestar la presión que la atmósfera ejer-cía sobre el émbolo, posibilitaba que éstedescendiera.

2255

TTaabbllaa ddee aallttuurraass

Temperaturade ebullición

838485

85,5868788

88,589

89,590

90,591

91,5929394

94,59596979899

100

Presión enmilímetros de

mercurio400,60416,80433,60442,30450,90468,70487,10496,60506,10515,90525,76535,83546,05556,44566,99588,60610,90622,31633,90657,62682,07707,27733,24760,00

Altura enmetros

50754790451043564208395536003430329030902960279026802580240020501770158014751160870610300

0

2266

Este motor, si bien muy primitivo y de limi-tada aplicación, estableció el principio deque se podía utilizar el vapor para mover unémbolo hacia arriba y hacia abajo, en el inte-rior de un cilindro. A continuación se mues-tra una probable y posiblemente ingenuaaplicación práctica de este motor.

Analizando este motor se llega a la con-clusión de que el principio en el que se basaes válido e interesante pero no así la prácticade su funcionamiento; y, en consecuencia, ladifícil probabilidad de una aplicación real,sobre todo teniendo en cuenta la pequeñacantidad de agua en juego y la imposibilidadde que se conservara mucho tiempo sin per-derse. Años más tarde, Newcomen —posi-blemente, basándose en el planteo dePapin— concibió lo que podemos llamar elprimer motor de vapor; en este motor, lageneración del vapor tenía lugar en unacaldera separada del cilindro.

El invento de Papin fue recibido con indife-rencia, cuando no con serias críticas, por loscientíficos de la Sociedad Real de Londres, lo

que hizo que desistiera seguir trabajando enesa vía; y, posiblemente influenciado por lasexperiencias de Savery y los resultados de sustrabajos en ese campo (en unas páginas másnos referimos a ellas), comenzó a concebirotro sistema basado en la presión del vapor yno en su condensación.

Como resultado de sus trabajos publicó enFrancfort, en 1707, un pequeño libro titula-do Nueva manera de elevar el agua por lafuerza del fuego, en el cual describía un dis-positivo para elevar agua.

Este dispositivo para elevar agua estaba com-puesto de una caldera generadora de vaporconectada a un cilindro (a) lleno de agua, conun flotador que oficiaba de émbolo; el vapor —presionando el flotador y, consecuentemente,el agua— la enviaba a un depósito (e); cuandose vaciaba el cilindro (a) se cerraba la llave (c)que permitía la entrada del vapor, se abría unapequeña llave (b) y se volvía a llenar el cilindrocon agua proveniente de un reservorio (d)conectado a una fuente externa, y el ciclo serepetía. Es decir que Papin abandonó su ideacapital de utilizar el vapor como medio delograr un vacío en el cilindro, para adoptar unprocedimiento menos ventajoso que consistíaen utilizar la presión del vapor para elevar unacolumna de agua. La imagen es una reproduc-ción exacta del dibujo con el que Papin comien-za la narración en su libro; en él se pueden verlas válvulas de seguridad inventada por Papin.

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En principio este dispositivo o bomba fueconcebido, respondiendo a un pedido delpríncipe de Hesse, que quería instalar de losJardines de Kassel fuentes como las quehabía en Versalles, lo que requería disponerde un tanque de agua a gran altura. La cons-trucción de esta bomba elevadora de aguademoró un año y fue instalada en una de lastorres del castillo de Kassel; cuando seprobó, funcionó correctamente, pero surgióun problema: la presión reventaba la tuberíade subida de agua al tanque. Pese a que hoyel tema puede parecer sencillo, en su épocano lo era y Papin no pudo solucionarlo, loque agravó sus relaciones con el príncipe —que ya eran tirantes—.

Debido a sus malas relaciones con príncipede Hesse, Papin decidió dejar Marburgo yestablecerse en Londres y planteó un retornomemorable, remontando el Támesis en unbarco de ruedas impulsado por un dispositi-vo a vapor. Si bien, en este caso, el dispositi-vo no hacía otra cosa que elevar agua, lacaída de esta agua podía hacer funcionar unarueda hidráulica que proporcionaba fuerzamotriz a unas paletas que actuaban de remos.Posiblemente, el dibujo de su libro, Nuevamanera de elevar el agua por la fuerza del fuego,corresponda a este dispositivo generador defuerza motriz.

En 1707, año de publicación de su libro,construyó una embarcación movida por undispositivo de estas características queaccionaba una rueda hidráulica vinculada alas paletas que hacían de remo.

Su intención era navegar hasta Inglaterra,para lo cual partió de Kassel (ciudad alemanasobre el río Fulda) y llegó a la ciudad deMinden sobre el río Wesser (unión del Werray del Fulda); allí, los barqueros del Wesser nosólo no lo dejaron seguir sino que, el 25 de

septiembre de 1707, temiendo perder sufuente de trabajo, destrozaron su embar-cación.

Después de este traspié, Papin se radicódefinitivamente a Inglaterra, donde débil yenfermo vivió envuelto en una críticasituación económica, muriendo en 1714.

Otro planteo, que no dejó de ser una simplepropuesta, fue el de Giovanni Branca (1571-1640) quien, en 1629, presentó un proyectoalgo ingenuo de una máquina movida poruna turbina de vapor, encargada de triturar elmineral antes de introducirlo en el horno defundición.

El primero en concretar un planteo viable deluso del vapor con fines prácticos fue ThomasSavery (1650-1715) quien, en 1698, paten-tó una bomba de agua, que fundamental-mente era un sistema estático para extraer elagua de las minas. A este dispositivo lo llamó"El amigo del minero", habida cuenta que unproblema acuciante de la época era la pre-sencia de agua de filtración en las minas, loque dificultaba su explotación.

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Imagen tomada del libro Les merveilles de lascience, de Luis Figuier, 1890

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Esta bomba El amigo del minero consistía en un recipiente (S) de una capacidad del orden de unosdoscientos litros que se llenaba con el vapor proveniente de una caldera (B) en la que se hacía hervir agua.Una vez lleno se interrumpía el paso del vapor, cerrando la llave (c), y se enfriaba el recipiente vertiendoagua en la parte exterior por medio de una canilla (e). Al enfriarse el vapor se producía un vacío y, porefecto de la presión atmosférica, el agua que estaba a un nivel inferior abría la válvula (b), subía y llena-ba el vacío que se había producido. A continuación, se abría la llave (c) y se volvía a hacer entrar vapor apresión; éste, actuando sobre el agua del recipiente (S), cerraba la válvula (b) y abría la válvula (a) hacien-do subir el agua por el caño (A). Una vez que el recipiente (S) se vaciaba de agua y se llenaba nuevamentede vapor, se cerraba la llave (c), se enfriaba otra vez el recipiente, se producía el vacío y el ciclo se repetía.Normalmente, había dos recipientes (S) y (S1) que actuaban en forma alternativa: mientras uno se enfri-aba y recibía agua, el otro se llenaba de vapor y expulsaba el agua para arriba. La distancia entre el aguaa bombear y la bomba no debía superar los seis o siete metros (algunas veces, se colocaba más de una, enserie) mientras que, para arriba, podía ser mucho mayor; todo dependía de la presión del vapor aún cuan-do las técnicas de la época no permitían valores de presión muy altos por peligro de explosión de la caldera(lo que sucedió con frecuencia, con altos costos de vida); por esto, su uso en las minas fue muy relativo,sumado a que pocos años más tarde (1712) apareció la Máquina de vapor de Newcomen (1663-1729)que aventajaba en muchos aspectos a la de Savery; sin embargo esta última, por su relativa sencillez frentea la de Newcomen, mantuvo su utilidad para elevar agua en los edificios, y se la usó a lo largo de todo elsiglo XVIII, y aún en el XIX.

3300

A fines de 1600 y comienzos de 1700 entraen escena otro personaje, ThomasNewcomen (1663-1729), un comerciante deDartmouth, Inglaterra, que se dedicaba a losequipos de minas y que se interesó por lamecanización de las bombas usadas para laextracción del agua de las minas —bombasque, hasta entonces, estaban accionadas porel esfuerzo muscular humano o animal, loque planteaba problemas—. Posiblementeinspirado en la idea de Papin sobre un motor

basado en la presión atmosférica y en el vacíogenerado por la condensación de vapor deagua, concibió y, en 1712, construyó ensociedad con un mecánico llamado JohnCalley, la primera de una serie de máquinasde vapor atmosféricas en las que el "poder dela nada" (la presión atmosférica) realizaba eltrabajo: el vapor era sólo un intermediario;en su época, estas máquinas —hoy, llamadasde presión atmosférica, fueron conocidas conel nombre de máquinas de fuego y aire—.

Máquina de Newcomen

3311

La máquina de Newcomen contaba con unacaldera donde se generaba vapor, un cilindroy el correspondiente émbolo (o pistón), unbrazo o balancín, y dispositivos asociadosque posibilitaban su funcionamiento, quepodemos resumir así: El vapor entraba alcilindro empujando el émbolo hacia arriba; sibien la presión no era muy grande, el émbo-lo se desplazaba con facilidad gracias al pesode una barra conectada al émbolo de labomba. Para tener un buen cierre e impedirescapes de vapor, la parte superior del émbo-lo estaba revestida de cuero y cubierta conagua. Cuando el émbolo llegaba al límitesuperior, se cerraba la entrada y se enfriaba elvapor —al principio, rociando con agua elexterior del cilindro, y más tarde, inyectandoagua en su interior—. Este enfriamiento del

vapor provocaba su condensación y la gene-ración de un vacío, a consecuencia de lo cualla presión atmosférica —actuando sobre elémbolo hacía que descendiera y, en sudescenso, por intermedio del balancín—accionaba la bomba que extraía el agua delfondo de la mina.

En sus comienzos, el accionamiento de lasválvulas de admisión del vapor y de la inyec-ción de agua era manual, hasta que un jovenllamado Humphry Potter encargado deaccionarlas, tuvo la idea de automatizarlas enforma muy primitiva (según la tradición parapoder ir a jugar con sus compañeros duranteel tiempo en que debía trabajar), más ade-lante Newcomen introdujo un ingenioso sis-tema para comandarlas automáticamente.

Imagen tomada del libro Les merveilles de la science, de Luis Figuier, 1890

Las máquinas de Newcomen tenían grandesdimensiones; el diámetro del cilindro, enalgunos casos, superaba los 500 mm y laaltura los dos metros, y el émbolo realizabahasta 12 o 14 carreras por minuto; surobustez era tal que algunas se siguieron uti-lizando a lo largo del siglo XIX, pese a quetécnicamente habían sido ampliamentesuperadas por las de Watt.

El éxito de estas máquinas atrajo la atencióndel brillante ingeniero John Smeaton (1724-1792), un hombre con gran sentido práctico,que luego de profundas observaciones yestudios decidió introducirles sustancialesmejoras, fijando con minuciosidad y pre-cisión valores óptimos del diámetro y longi-tud del cilindro (mayores que los de lasmáquinas de Newcomen), de la forma ytamaño de la caldera (también mayor), delnúmero de carreras por minuto, etc.;además, diseñó una mandrinadora paramejorar el acabado de los cilindros y evitarpérdidas de vapor. Las máquinas de

Smeaton superaron en eficiencia a las deNewcomen; pero, sus días estaban contadospues, en la misma época, apareció lamáquina de Watt que desplazó a todas lasexistentes hasta la fecha.

Fue el escocés James Watt (1736-1819)quien introdujo modificaciones y mejoras tanimportantes en las máquinas de vapor exis-tentes hasta la fecha, que hoy —cuando sehabla de las máquinas de vapor— se habla dela máquina de Watt.

James Watt provenía de una familia de fabri-cantes de instrumentos y, en calidad de tal,entró a trabajar en la Universidad deGlasgow donde se hizo amigo de JosephBlack (1728 - 1799), catedrático de laUniversidad, que estaba dedicado a estudiosexperimentales sobre el calor y, sobre todo,del calor latente5 recientemente descubierto.Black le encargó a Watt el arreglo y la puestaen marcha de un modelo de una máquina deNewcomen, modelo que pertenecía al depar-tamento de física de la Universidad. Watt sededicó a estudiar los problemas de lasmáquinas térmicas y, fundamentalmente, loreferente a su economía y rendimiento; y, sibien logró poner en marcha el modelo, llegóa la conclusión que se perdía demasiadocalor al inyectar agua fría para condensar elvapor y que esto se agravaba por el enfri-amiento de las paredes del cilindro, quevolvían a calentarse con la entrada del vaporen el nuevo ciclo. Los cálculos le indicabanque sólo un tercio del total del vapor que se

3322

Máquina de Newcomen

5 CCaalloorr llaatteennttee: Calor necesario para cambiar el estado de unasustancia (de sólido a líquido o de líquido a gas) sin variaciónde temperatura. El calor latente puede ser de fusión, devaporización, de condensación.

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consumía en la máquina era utilizado paralograr el objetivo que se pretendía —que erallenar el cilindro y producir vacío—, por loque se planteó la idea de condensar el vaporseparadamente.

Como resultado de sus análisis, el 5 de enerode 1769, patentó con el título Nuevo métodopara disminuir el consumo de vapor y com-bustible en las máquinas térmicas, un reci-piente separado (el condensador) para con-densar el vapor en la carrera descendente delémbolo; este condensador estaba conectadoal cilindro mediante un tubo con una válvu-la. El resultado buscado era mantener elcilindro donde entraba el vapor, a tempera-tura alta y el condensador a temperaturabaja.

Mediante este sistema se podían conservar elcilindro y el émbolo a la temperatura delvapor entrante y reducir en forma conside-rable la cantidad de agua requerida, pues elcalor a eliminar era el calor latente de con-densación del vapor consumido. La cámarade condensación separada y refrigerada con-taba con una bomba para hacer un vacío, quepermitía absorber el vapor del cilindro y lle-varlo al condensador. La bomba se utilizabatambién para eliminar el agua del conden-sador.

Desde sus orígenes, la máquina de Watt, quetenía como característica fundamental con-densar el vapor fuera del cilindro, demostróuna eficiencia muy superior a la deNewcomen.

Máquina de Watt

3344

Watt compartió la patente con un industrial,John Roebuck, que financió la construcciónde una máquina experimental; pero, antes deprobarla, Roebuck se encontró con grandesdificultades económicas y se dispuso a cedersu participación en la patente. Por esto, Wattse vio en la necesidad de buscar otro socio yse puso en contacto con Matthew Boulton(1728-1809), industrial que tenía una fábri-ca en Soho, cerca de Birmingham, con el queconformó una compañía —Boulton &Watt— que fue la primera del mundo en fa-bricar máquinas de vapor a escala industrial.

Para conseguir un mejor ajuste entre el cilin-dro y el émbolo, Watt pidió la colaboraciónde John Wilkinson (1728-1808), un fabri-cante de máquinas-herramientas que habíaperfeccionado la mandrinadora de Smeaton yla utilizaba en la fabricación de cañones,

logrando un notable aumento de precisión.

Si bien las máquinas de vapor se habíandesarrollado como respuestas a la necesidadde bombear el agua de las minas, estabansurgiendo nuevos requerimientos de energíamecánica para uso industrial por lo que Wattdecidió ampliar el campo de aplicación desus máquinas y convertir el movimiento deida y vuelta del émbolo en un movimiento derotación. Un abusivo patentamiento del sis-tema biela-manivela (1779) le impedía usar-lo, por lo que decidió solucionar el problema(hasta que venciera la patente del sistemabiela-manivela) mediante el uso de un sis-tema epicicloidal (sistema de sol y planeta)que, en 1781, patentó y que instaló en susmáquinas, juntamente con un volante, paralograr una velocidad más uniforme.

El movimiento alternativo del balancín (a),accionado por el émbolo de la máquina devapor, se transmite a la rueda dentada fija(b), llamada planeta, que está engranadacon otra (c), llamada sol, alrededor de lacual se desplaza, imprimiéndole unmovimiento de rotación. En este caso, unaguía anular (c) mantiene al planetario en surecorrido alrededor del sol.

Sistema de sol y planeta visto de frente, y ensección transversal

3355

Watt siguió introduciendo mejoras. Una deellas fue que el vapor entrara alternativa-mente por uno y otro lado del cilindro,empujando al émbolo en ambas direcciones.Inventaba, así, la máquina de doble acción.

Otro notable invento fue el regulador deWatt (regulador de bolas) o gobernador cen-trífugo. Este sistema —que desarrolló ypatentó en 1788, para gobernar las velocidadde las máquinas de vapor— es uno de losprimeros sistemas realimentados de control(retroalimentación). El regulador de Watt sebasa en la fuerza centrífuga que actúa sobredos masas, vinculadas a un sistema de palan-

cas, y asociadas a un eje que gira al ritmo dela velocidad de la máquina. La fuerza cen-trífuga, función de la velocidad de giro,accionando sobreel sistema depalancam regulala entrada devapor. Esta entra-da disminuyecuando la veloci-dad supera loestablecido y au-menta cuando lavelocidad baja.

No decimos el pri-mero porque, posi-blemente, el másantiguo sea el con-trol de la entrada deagua a una cisternamediante un flota-dor.

Regulador de Watt

Máquina de Watt

3366

La máquina de vapor, además de ser unimportante aporte tecnológico, provocó elsurgimiento de la Termodinámica como cien-cia, debido a su importancia en el campoindustrial y a las preocupaciones quesurgieron por su rendimiento. Quien posi-blemente fue el primero que se dedicó ainvestigar científicamente el tema fue SadiCarnot (París 1796-1832), ingeniero forma-do en la Escuela Politécnica creada porNapoleón y uno de los mayores genios delsiglo XIX, que planteó que, si se desea elevarel arte de producir fuerza motriz a partir delcalor a la altura de una ciencia, se debe estu-diar todo el fenómeno desde un punto devista general, sin hacer referencia a un motor,máquina o fluido en particular. Como resul-tado de sus investigaciones, en 1824,escribió un tratado de 118 páginas tituladoRéflexions sur la Puissance Motrice du Feu-Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego-.Este trabajo, en el que se planteaban rela-ciones entre el calor y el trabajo realizado, fueun aporte fundamental para el desarrollo dela incipiente ciencia térmica y —aún uti-lizando el concepto de calórico— sentó lasbases de la Termodinámica.

Las máquinas de Newcomen, pese a habersido mejoradas por Smeaton, sólo eran renta-bles para el desagüe de las minas de hulla,donde el carbón era barato, y excepcional-mente se usaban en las minas apartadas delos yacimientos de carbón. En cambio, lasmáquinas de Watt, más baratas y eficientes,conquistaron su lugar en todas las minas ydistritos manufactureros de Inglaterra, y seexportaron a Francia, Rusia y Alemania.

Para publicitar el uso de su máquina, Wattmidió en pies-libras por minuto el trabajo

que podía realizar un caballo y expresó el desus máquinas mediante una nueva magnitud:el caballo de fuerza (horse power - HP). Laempresa Boulton & Watt, en sus comienzos,ofrecía instalar y poner en servicio susmáquinas libres de costos, cobrando a cam-bio, como derechos, la tercera parte del aho-rro del combusti-ble, tomando co-mo comparaciónuna máquina deNewcomen quecumpliera la mis-ma función o delforraje de los ca-ballos que reali-zaran el mismotrabajo; pero, lue-go, redujo el royalty a una fór-mula basada en eltamaño de la máquina.

Durante la vigencia de la patente (veinticincoaños, 1775-1800) la firma Boulton & Wattconstruyó unas 500 máquinas, de las cuales200 eran bombas extractoras que realizabanlas mismas tareas que las máquinas deNewcomen, pero con mayor eficacia, y unas300 máquinas rotatorias que accionabanárboles de transmisión.

La máquina de Watt sustituyó en formadefinitiva las otras fuentes de energía mecáni-ca (los molinos y los animales), señalando elcamino a una nueva organización de la pro-ducción centrada en la concentración de lasactividades en grandes fábricas donde laenergía mecánica disponible podía ser ilimi-tada, y ya no más dependiente de las corrien-tes de agua o del viento. Otra de las carac-

En la máquina deNewcomen la canti-dad de trabajo rea-lizado difícilmentecompensaba el cos-to del carbón em-pleado; utilizandocaballos se podíarealizar, aproxima-damente, el mismotrabajo a menor cos-to.

3377

terísticas del nuevo sistema fabril era la posi-bilidad del control de la disciplina de los tra-bajadores, al estar concentrados en unmismo lugar físico.

Si bien las máquinas, tal cual las concibióWatt, funcionabancorrectamente ycumplían su mi-sión, el hecho deser atmosféricas yde baja presión,las hacía dedimensiones con-siderables.

Fueron Richard Trevithick (1771-1833) enInglaterra y Oliver Evans (1755-1819) enEstados Unidos los que concibieron y fabri-caron —en 1800 y 1802, respectivamente—calderas y máquinas de alta presión. Estasmáquinas, de dimensiones mucho máspequeñas, carecían de condensador y deja-ban salir el vapor directamente a la atmós-fera.

La aplicación del vapor a alta presión a unamáquina, no fue tarea fácil; una caldera dealta presión que reuniese las condiciones deseguridad necesarias estaba más allá de lasposibilidades de los talleres metalúrgicos de1800 y, como consecuencia, hubo explo-siones de calderas con pérdidas de vidas. EnInglaterra fue Trevithick quien profundizósus trabajos en el tema y, en 1804, fabricóuna locomotora monocilíndrica que fun-cionó con éxito y marcó los orígenes del fe-rrocarril como medio de transporte. Paraemplear una máquina de vapor como fuentede energía locomotriz se requería que fuerapotente, ligera, compacta y de relativo

pequeño tamaño frente a las de Watt. Y las dealta presión cumplían estos requerimientos.

En forma independiente Evans, en losEstados Unidos, también entrevió la posibili-dad de usar la máquina de vapor comopropulsora de vehículos y se abocó al tema;pero, sus primeras máquinas se aplicaron aimpulsar buques o a accionar dispositivosmecánicos (molinos, aserraderos, perforado-ras, etc.).

Una de las dificultades que mentalmente seplantearon los constructores de vehículosautopropulsados fue la fricción entre lasruedas motoras y los rieles. Razonaban que,normalmente, las ruedas de un vehículogiran porque éste está tirado por un caballo,pero nada indicaba que invirtiendo el proce-so el vehículo podía arrastrar al caballo. Parasolucionar esa incógnita, Trevithick y unamigo tomaron un vehículo y, moviendo conla mano los rayos de las ruedas, ensayaronsubir cuestas pronunciadas y lo lograron. Sinembargo, la creencia de que las ruedas lisasdebían patinar forzosamente sobre rielestambién lisos, persistió durante mucho tiem-po, planteándose propuestas de solucióncomo superficies ásperas en los rieles, un ter-cer riel en el que pudiera engranar una ruedadentada colocada en la locomotora, etc.Luego, la realidad demostró que hasta pen-dientes no muy pronunciadas, no se plantea-ban problemas.

Otro nombre asociado a la locomotora esGeorge Stephenson (1781-1848), que cons-truyó su primera máquina en 1814,aprovechando la experiencia de anterioresconstructores, y que siguió trabajando en eltema durante 15 años más, hasta lograr el

Posiblemente porconsiderar demasia-do peligroso el vapora presión, Watt noplanteó máquinas dealta presión.

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reconocimiento de la locomotora como elmedio ideal para arrastrar vagones.

Recordemos que en la época, en Inglaterra,se había comenzado a tender vías férreas convagones para el transporte de cargas (al ser-vicio de minas y/o empresas siderúrgicas);pero, estaba previsto que estos vagones fue-ran tirados por caballos o, en el mejor de loscasos, traccionados por cuerdas accionadaspor máquinas de vapor ubicadas cada 2,5km.

Stephenson, ingeniero civil y consultor entemas de vías férreas, fue el primero que pro-puso y logró (en 1824) el empleo de loco-motoras en estas vías, en la línea Stockton yDarlington. Si bien estas primeras experien-cias se desarrollaron con éxito, sus resultadosno fueron muy alentadores. En 1826,Stephenson fue nombrado ingeniero en jefede la compañía ferroviaria Liverpool and

Manchester Railway y, pese a que la mayorparte de los directores tendía a favorecer latracción por cables, avalados por informes deingenieros contratados para estudiar lasituación, el alto costo del sistema hizo queStephenson lograra que los directores deci-dieran organizar lo que iba a ser la másfamosa contienda en la historia del ferroca-rril, "las pruebas de Rainhill" (llamadas asípor desarrollarse en los llanos de Rainhill),que tuvieron lugar en octubre de 1829, des-tinadas a probar y descubrir la locomotoramás perfeccionada. Se esperaban unos diezparticipantes, pero se presentaron sólo treslocomotoras; entre ellas estaba la Rocket, pre-sentada por Robert Stephenson (1803-1859)hijo de George, que fue la única que pudocompletar la distancia exigida (un tramo de2,5 km que se debía recorrer 40 veces) y lohizo a una velocidad promedio de 24 km porhora, ganado un premio de 500 libras.

La compañía quedó tan impresionada por elcomportamiento de la Rocket que la adoptóy pasó a Stephenson un pedido de otras siete.

A partir de ese momento se consolida lo quelos historiadores llaman "La era del ferroca-rril", con Inglaterra a la cabeza.

Tengamos presente que una máquina deWatt, por su peso, su volumen y su comple-jidad hubiera sido imposible de instalar enun vehículo automotor; para esto hubo queesperar el arribo de máquinas de alta presión.

Pero la máquina a vapor no iba a tener sóloaplicación en el transporte terrestre sino queiba a tener un éxito igual en la navegación.Desde la infortunada barca de Papin,numerosos inventores trataron de aplicar lafuerza motriz del vapor a la marina. Uno delos primeros fue el norteamericano JohnFitch (1743-1798) quien, en 1787, en unaembarcación de unos 10 metros que navega-ba en el río Delaware, instaló una máquinade vapor del tipo de Watt, que había cons-truido conjuntamente con Henry Voight, unrelojero de Filadelfia. La máquina impulsabaunas paletas. Fich demostró que su enfoquerespecto al buque de vapor no era quimérico,pero no logró construir una embarcación conaptitud comercial.

Fue un compatriota de Fitch, el esta-dounidense Robert Fulton quien, porprimera vez, en 1807, obtuvo resultados po-sitivos en lo referente a la navegación a vapor.Con su "Clermont", un vapor con ruedas depaletas, hizo un recorrido de 150 millassobre el río Hudson arriba, entre Nueva Yorky Albany, en 32 horas. A partir de ese mo-mento, la navegación a vapor hizo rápidos

progresos, tanto en EE.UU. como en Europaoccidental, hasta provocar la desaparicióncasi completa de los veleros.

Las mejoras posteriores en la máquina devapor de alta presión, sobre todo las propul-soras de los barcos, incluyeron la introduc-ción de las de expansión múltiple. Lasprimeras máquinas empleaban el principiode expansión simple, basado en la entradadel vapor en el cilindro y su posterior salidaa la atmósfera. Mejorando las calderas yaumentando la presión, se logró que el vaporexpulsado de un cilindro accionara otrocilindro de baja presión. De esta forma seincrementaba la eficacia. Máquinas de estetipo, denominadas de expansión doble,fueron sustituidas más tarde por las deexpansión triple, dotadas de mayor capaci-dad. En 1854, se utilizó la primera máquinade expansión doble; y la primera de expan-sión triple, en 1873.

La máquina de Watt demostró su eficienciaen las más diversas aplicaciones y se convir-tió en una verdadera palanca impulsora delprogreso y pedestal de la civilización indus-trial. El siglo XIX fue el del reinado delmotor de vapor, que ejerció su influencia nosólo en el campo de la tecnología sino tam-bién en gran parte de los ámbitos del que-hacer humano; pero, su reinado terminó afines del siglo XIX con la aparición de lasturbinas de vapor y los motores de com-bustión interna. La máquina de vapor (demovimiento alternativo) fue gradual y defini-tivamente superada por otros tipos más efi-cientes, como el motor de combustión inter-na (tanto en vehículos de transporte terrestrecomo marítimo) y las turbinas de vapor degran tamaño.

3399

4400

UUnnaa mmááqquuiinnaa ddee vvaappoorrccoonnvveenncciioonnaallA continuación, analizamos una máquina devapor de alta presión y de doble acción, en laque el movimiento rectilíneoalternativo del émbolo setransforma en movimiento derotación continuo pormediación de un sistemabiela-manivela (m), con lacolaboración de una ruedavolante que regulariza elmovimiento de la máquinagracias a la energía cinética acumulada quepermite superar variaciones en los puntosmuertos que tienen lugar cuando el émbolollega a los extremos de su marcha.

En esta máquina, la encargada de orientar laentrada de vapor —alternativamente, a uno uotro lado del cilindro, para lograr la dobleacción— es una caja de distribución (d) pro-vista de una corredera que se desplaza (ennuestro dibujo de izquierda a derecha y vice-versa) accionada por una rueda excéntrica (p)solidaria al eje de rotación de la máquina. Enel grabado, el vapor a presión que llega a lacaja de distribución por (e) se dirige por el

conducto (b) a la zona derecha del cilindro,provocando el desplazamiento del émbolohacia la izquierda, mientras que el vapor queestá a la izquierda del émbolo sale a la atmós-fera por el conducto (a) y el orificio (s).

Cuando el émbolo llega al extremo izquierdode su marcha, la corredera, bajo la acción dela rueda excéntrica, comienza a desplazarse ala derecha y el ciclo se invierte; el vapor entra

por (a) y desplaza el émbolohacia la derecha.

En el caso que terminamos depresentar, el cilindro está fijo;pero, podemos mencionartambién otro caso en el que elcilindro oscila y, al oscilar, ofi-cia de distribuidor de vapor,conectando y desconectandolas entradas y las salidas delvapor al cilindro. En este

caso, el sistema de distribución es más sim-ple.

Los movimientos pueden ser:

• de rotación o

• de traslación.

En el mmoovviimmiieennttoo ddee rroottaacciióónn, los diferentespuntos del cuerpo que se mueve describencircunferencias cuyos centros se encuentransobre una recta fija llamada árbol o eje derotación. Los movimientos de rotación gene-ran trayectorias circulares (excepto en el eje

de rotación).

En el mmoovviimmiieennttoo ddee ttrraassllaacciióónn, los dife-rentes puntos del cuerpo que se muevedescriben trayectorias paralelas entre sí y deigual longitud. Los movimientos de trans-lación generan trayectorias lineales.

MMeeccaanniissmmooss ddee ttrraannssmmiissiióónn ddeemmoovviimmiieennttooss

Los mecanismos de transmisión de mo-vimientos pueden clasificarse en: de contactodirecto o por órganos intermedios, flexibles orígidos. En el siguiente gráfico se indicanalgunos de ellos:

4411

Entendemos por mmeeccaanniissmmoo un conjuntode elementos, vinculados entre sí, capacesde transmitir un movimiento o transformar-lo en otro, modificando la trayectoria y/o lavelocidad.

A continuación presentamos una máquina devapor de pistón oscilante (de mitad del sigloXIX); pero, dejamos sentado que este tipo demáquina no fue muy corriente:

Actualmente, las máquinas de vapor depistón oscilante, por motivo de simplicidadconstructiva, se suelen utilizar en modelos dedemostración, juguetes, etc.

MMeeccaanniissmmooss ddee ttrraannssmmiissiióónn yy ddee ttrraannssffoorrmmaacciióónn ddee mmoovviimmiieennttooss

4422

A continuación presentamos algunos de losmecanismos de transmisión de movimiento ysus características más importantes.

aa.. TTrraannssmmiissiióónn mmeeddiiaannttee ccoonnttaaccttoo ddiirreeccttoo

RRuueeddaass ddee ffrriicccciióónn. Las ruedas de fricciónson ruedas lisas (sin dientes) en contactodirecto, una con otra, que utilizan la fricciónque tiene lugar en la superficie de contactopara transmitir la potencia presente en unade ellas (la rueda conductora o motriz) a laotra (la rueda conducida). Es un sistema sen-cillo y silencioso pero limitado en cuanto a lafuerza que se puede transmitir (no más de 5a 10 HP), debido al efecto de deslizamientoque puede producirse en la superficie decontacto de las dos ruedas; para evitarlo, lasruedas están presionadas una contra otra conuna cierta fuerza y una de ellas suele estarrecubierta de un material que dificulta eldeslizamiento. Cabe señalar que las dosruedas giran en sentido contrario.

La relación de los números de giros de cadarueda (relación de transmisión = T) es inver-samente proporcional a la relación de susdiámetros. Si n1 es el número de giro de una

rueda D1, y n2 el número de giro de una

rueda D2, la relación será:

RRuueeddaass ddeennttaaddaass. Engranajes. Con el objetode evitar el deslizamiento -además de reducirla presión entre las ruedas- y poder transmi-tir potencias sin límites y sin problemas dedeslizamiento, se usan las ruedas dentadas; osea, ruedas provistas, a intervalos regulares,de vanos y salientes llamados dientes.

Dos ruedas dentadas engranadas entre síconstituyen un mecanismo elemental llama-do engranaje.

Una de las ruedas dentadas, la rueda con-ductora, transmite (mediante presión sobrelos dientes) el movimiento a la otra rueda, larueda conducida (que gira en sentido con-trario). El número de giro de las ruedas esinversamente proporcional al número dedientes. Como en el caso de las ruedas defricción, hablamos también aquí de rreellaacciióónnddee ttrraannssmmiissiióónn; es decir, de la relación entreel número de vueltas de la rueda conducida(n2) y el número de vueltas de la rueda con-

ductora (n1); en otras palabras, variando el

diámetro de las ruedas se puede aumentar o

disminuir la velocidad del movimiento atransmitir al sistema. La menor de las ruedasdentadas de un engranaje suele llamarsepiñón.

Las ruedas dentadas tienen múltiples aplica-ciones y están presentes en casi todas lasmáquinas mecánicas construidas por el hom-bre.

bb.. TTrraannssmmiissiióónn mmeeddiiaannttee óórrggaannooss iinntteerrmmee--ddiiooss fflleexxiibblleess

CCoorrrreeaass yy ccaaddeennaass. Cuando el árbol conduc-tor o motor y el árbol conducido están a unacierta distancia que no favorece el uso deruedas de contacto directo, se suelen usarórganos flexibles como correas o cadenas.

Las correas se caracterizan por ser silenciosasy no requerir lubricación; pero, presentan elproblema de que no permiten transmitirgrandes potencias, debido al deslizamientoen la superficie de contacto de la correa conlas poleas (nombre con el que se conocen las

4433

T = n2

n1

T = D1

D2

ruedas sobre las que se apoya la correa). Paradisminuir el deslizamiento, en vez de usarcorreas planas, se usan correas de sección cir-cular o trapezoidal (de tela y/o goma); en estecaso, la polea tiene una cavidad en la que vaalojada la correa. Aplicaciones de este tipo detransmisión pueden ser encontradas en lasmáquinas de coser, en las máquinas de lavary, en el caso del automóvil, en elaccionamiento del ventilador del motor y dela dínamo.

A diferencia de las ruedas de fricción y losengranajes, en este caso las dos poleas vincu-ladas mediante la correa giran en el mismosentido. Si se quiere que giren en sentidocontrario es necesario cruzar la correa.

Cuando se quiere evitar totalmente eldeslizamiento, se utilizan cadenas acopladasa ruedas dentadas. En este caso, las cadenasson de características especiales. Un ejemplotípico del uso de este tipo de transmisión esla cadena de la bicicleta. Las cadenasrequieren lubricación, las correas —comohemos dicho— no.

cc.. TTrraannssmmiissiióónn mmeeddiiaannttee óórrggaannooss iinntteerrmmee--ddiiooss rrííggiiddooss

PPaallaannccaa. Barra rígida que tiene un punto de

apoyo (fulcro) sobre el cual puede bascular,de forma tal que una fuerza aplicada en unpunto pueda ser transmitida y aplicada desdeotro punto de la barra.

BBiieellaa. Pieza o barra rígida que transmite lasfuerzas desde un órgano a otro (un caso par-ticular es la aplicación en el sistema biela-manivela que veremos más adelante).

ÁÁrrbbooll ddee ttrraannssmmiissiióónn. En mecánica, se llamaeje a una barra, varilla o pieza similar quesirve de sostén a un cuerpo giratorio.Cuando la barra se utiliza para comunicar unmovimiento de rotación de un elementomecánico o pieza a otro, en vez de eje en ge-neral se llama árbol (ejemplo: el árbol delevas, el árbol de transmisión, etc.).

MMeeccaanniissmmooss ddee ttrraannssffoorrmmaacciióónn ddeemmoovviimmiieennttooss

En muchos casos es necesario:

• transformar un movimiento de rotaciónen otro de traslación o viceversa; o

• transformar un movimiento de rotacióncontinuo en un movimiento de traslaciónalternativo o viceversa.

En el primer caso, tenemos el tornillo comúny la tuerca, el piñón y la cremallera, etc. En elsegundo caso tenemos la biela-manivela, laleva (árbol de leva), el excéntrico.

aa.. TTrraannssffoorrmmaacciióónn ddee uunn mmoovviimmiieennttoo ddee rroo--ttaacciióónn eenn oottrroo ddee ttrraassllaacciióónn oo vviicceevveerrssaa

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Correaplana

Correatrapezoidal

SSiisstteemmaa ttoorrnniilllloo--ttuueerrccaa. Un sistema com-puesto de tornillo y tuerca sirve no sólocomo elemento de unión para fijar entre sídos piezas sino, también, como dispositivopara transformar un movimiento de rotaciónen uno rectilíneo de traslación, con la con-siguiente ganancia en cuanto a la fuerza finalobtenida (la morsa de banco).

SSiisstteemmaa ppiiññóónn--ccrreemmaalllleerraa. Órgano mecánicoconstituido por una barra dentada en la cualengrana un piñón que permite transformarun movimiento de rotación en uno detraslación y viceversa (ejemplo: la cremallerade la dirección de un automóvil asociada alvolante de éste).

bb.. TTrraannssffoorrmmaacciióónn ddee uunn mmoovviimmiieennttoo ddeerroottaacciióónn ccoonnttiinnuuoo eenn uunn mmoovviimmiieennttoo ddeettrraassllaacciióónn aalltteerrnnaattiivvoo oo vviicceevveerrssaa

MMeeccaanniissmmoo bbiieellaa--mmaanniivveellaa. Mecanismo com-puesto de una manivela que gira solidariacon un árbol motor y vinculada a ésta unabiela, cuyo otro extremo describe un

movimiento de vaivén. Este mecanismo tieneaplicaciones en: motores de combustióninterna, máquinas de vapor, compresores,máquinas de coser a pedal, etc. Las máquinasde vapor transforman el movimiento rectilí-neo de vaivén del émbolo en movimiento derotación del árbol motor. Por el contrario,los compresores a pistón transforman elmovimiento de rotación del árbol motor enmovimiento rectilíneo de vaivén del pistóndel compresor.

LLeevvaa. Disco giratorio de diámetro irregular,es decir de perfil variable, sobre cuyo bordese apoya un elemento que puede desplazarse.Este dispositivo permite transformar elmovimiento de rotación de la leva en unmovimiento de vaivén del elemento apoya-do. La leva está normalmente asociada a loque se llama el árbol de leva. El árbol de levaes un dispositivo cuyo origen se remonta aHerón de Alejandría, y fue ampliamente uti-lizado en el medievo para mover fuelles defragua, martillos pilón, etc. Actualmentesigue teniendo un gran campo de aplica-

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ciones; por ejemplo, en los temporizadoreselectromecánicos, en los motores de com-bustión interna (árbol de levas), etc.

EExxccéénnttrriiccoo. Dispositivo compuesto de unapieza circular (rueda excéntrica) solidaria aun eje, pero cuyo centro no coincide con elcentro de giro del eje (de allí el nombre deexcéntrica), y en cuyo contorno normal-mente hay una garganta donde encaja un co-llar que la rodea por completo y que puedegirar libremente; fijo a este collar hay unvástago, cuya imaginaria prolongaciónpasaría por el centro de la rueda excéntrica.

Cuando el eje gira, este vástago se mueve ysu extremo opuesto al solidario al collar sedesplaza en un movimiento de vaivén, reco-rriendo una distancia igual a dos veces la dis-tancia que separa el centro del eje del centrode la rueda excéntrica. Este dispositivo seutiliza en algunas máquinas de vapor para

accionar una caja de distribución del vaporque va al cilindro.

RRoozzaammiieennttoo

Cuando, mediante la aplicación de unafuerza, se busca desplazar, una sobre la otra,dos superficies en contacto, aparecen fuerzastangenciales llamadas ffuueerrzzaass ddee rroozzaammiieennttooque se oponen al desplazamiento; pero, estasfuerzas son limitadas y, si la fuerza aplicadaes suficientemente grande, no impiden elmovimiento.

Para hacer que un cuerpo se deslice sobreotro, es necesario vencer la inercia y el rroozzaa--mmiieennttoo o ffrriicccciióónn.

Se llama rroozzaammiieennttoo la resistencia que seopone al deslizamiento, o a la rodadura, de lasuperficie de un cuerpo sobre la de otro (o almovimiento de éste en un medio fluido -gaseoso o líquido, aire, agua, aceite, etc.-).

Si lo que interesa es aprovechar al máximo lafuerza aplicada, esta resistencia es un fenó-meno perjudicial.

Sin embargo, en muchos casos puede ser uti-lizada positivamente,como por ejemploen los embraguesa fricción de losautomotores, enlas ruedas de fric-ción, etc.

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Recordemos que laspalabras ffrriicccciióónn yrroozzaammiieennttoo tienen,prácticamente, elmismo significado.

Un ejemplo interesante de señalar en cuantoa los aspectos positivos de este fenómeno, esel rozamiento de los neumáticos de lasruedas de los vehículos con el suelo sobre elque están apoyadas. Si no hubiera rozamien-to, las ruedas girarían libremente sin aga-rrarse al suelo y el vehículo no se movería. Elrozamiento o fricción es lo que permite eldesplazamiento. La fricción entre las ruedas yel piso convierte toda la energía mecánicaque llega a las ruedas en energía térmica.

Al respecto del tema de la fricción, es intere-sante preguntarse por qué podemos escribircon un bolígrafo sobre una hoja de papel yno sobre el vidrio. Es que, en este últimocaso, prácticamente no hay fricción y la boli-ta no gira.

Otro ejemplo de la utilidad del rozamiento ofricción son los frenos de fricción de losvehículos automotores, en los que zapatasvinculadas a la estructura del vehículo rozansobre partes móviles (por ejemplo, los tam-bores de las ruedas), generando una fricciónque provoca la reducción de la marcha delvehículo o su detención.

El rozamiento es una fuerza que siempre estápresente en los cuerpos o elementos enmovimiento, provocando una disminuciónde la energía cinética, que se manifiesta bajola forma de calentamiento de las superficiesen contacto. Este problema es conocidodesde hace muchos siglos, como lo demues-tra el engrasado —que, prácticamente, desdela remota antigüedad, se efectúa en los bujesde los carros y, en general, en los ejes enmovimiento— o la construcción de caminosbuscando reducir los obstáculos y el roce.

Cuando hablamos de rozamiento debemosdistinguir el rozamiento estático del roza-miento cinético.

• El rroozzaammiieennttoo eessttááttiiccoo evita el movimien-to.

• El rroozzaammiieennttoo cciinnééttiiccoo (deslizamiento orodadura) dificulta el movimiento.

El rroozzaammiieennttoo cciinnééttiiccoo puede ser:

• Rozamiento ppoorr ddeesslliizzaammiieennttoo (roza-miento de deslizamiento), que tienelugar cuando un cuerpo se desliza sobreotro.

• Rozamiento ppoorr rrooddaadduurraa, que tienelugar cuando un cuerpo rueda sobre lasuperficie de otro. Corrientemente elrozamiento por rodadura va acompañadode rozamiento por deslizamiento.

La diferencia del esfuerzo requerido paradesplazar un cuerpo en un caso y en el otropuede verificarse fácilmente mediante elsiguiente experimento: Tomamos una botellay la colocamos horizontalmente sobre unamesa; si la queremos desplazar empujándolapor la base -como en la figura A-, constata-mos que se requiere mucho más esfuerzo queempujándola por una generatriz -como en lafigura B-; en el primer caso tenemos desliza-miento, en el segundo rodadura.

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Para transformar el rozamiento por desliza-miento en rozamiento por rodadura seemplean cojinetes de rodillos o de bolas(rodillos de madera, en algunos molinos deviento allá por el siglo XIV, aproximada-mente). Estos cojinetes, llamados rodamientos(en francés roulemans), disminuyen la fric-ción; para entender su importancia y su fun-cionamiento, podemos imaginar la diferenciaentre el esfuerzo requerido para desplazar uncuerpo sobre una superficie lisa y el requeri-do cuando interponemos entre el cuerpo y lasuperficie una serie de rodillos que, al rodarsobre la superficie de apoyo, facilitan elmovimiento -como era corriente en laantigüedad para desplazar los grandes blo-ques que se usaban en las construcciones-.

El principio de los rodamientos es el mismo;solamente que la superficie sobre la que sedesplazan los rodillos o las bolas es circular.

Para visualizar la ventaja de transformar elrozamiento por deslizamiento en rozamientopor rodadura, se puede hacer la siguientedemostración: Se coloca un libro sobre unamesa o una tabla. Levantando la mesa o latabla, se constata que hasta no llegar a undeterminado ángulo de inclinación el librono se mueve, debido al rozamiento estáticoque impide el movimiento. Cuando sesupera este ángulo, el libro se mueve; pero,este movimiento se ve dificultado por el roza-miento de deslizamiento. Si la mismademostración se efectúa colocando debajodel libro una serie de lápices cilíndricos enparalelo y paralelos al eje de inclinación de lamesa o de la tabla, se constata que el libro sedesliza con un ángulo de inclinación de lamesa o la tabla mucho menor.

Hemos comentado que la fricción normal(no intencional) entre piezas en movimientoprovoca una disminución de la energíadisponible y, consecuentemente, de la fuerzaque motoriza el movimiento. La fricciónpuede llegar a ser tal que la fuerza disponibleno alcance a vencer la fuerza de rozamiento yel movimiento no se produzca.

4488

4499

RRoozzaammiieennttoo ddiirreeccttoo,, yy rroozzaammiieennttooiinnddiirreeccttoo oo hhiiddrrooddiinnáámmiiccoo

El rozamiento puede ser:

• DDiirreeccttoo, es decir sin la interposición deningún elemento entre las superficies encontacto.

• IInnddiirreeccttoo o hhiiddrrooddiinnáámmiiccoo, cuando lassuperficies de contacto de los dos cuer-pos están separadas por una película delubricante (aceite o grasa).

Cuando dos superficies rozan en seco, esdecir sin ningún elemento entre ellas, se diceque hay rroozzaammiieennttoo sseeccoo o ssóólliiddoo; en estascondiciones el roce y el desgaste son máxi-mos.

Cuando se introduce entre las superficiesuna capa de lubricante (aceite o grasa, min-eral, sintético, vegetal o animal) de sufi-ciente espesor, el roce no se produce entrelas superficies sólidas, sino entre lasmoléculas del lubricante. Estamos en pres-encia de lo que se llama rroozzaammiieennttoo fflluuiiddooo llííqquuiiddoo; en estas condiciones, el desgastees menor.

El rozamiento fluido tiene, también,gran importancia en los problemas

que tratan del flujo de fluidos a través detuberías u orificios, o que se refieren acuerpos inmersos en fluidosmóviles.

5500

EEll pprroodduuccttoo

La máquina de vapor pro-puesta consta de tres partesactivas y una base de sus-tentación.

1. La caldera.

2. El motor.

3. El eje (o árbol) de trans-misión, con polea yvolante.

4. La base de sustentación

Sus dimensiones son: 135mm de altura, 145 mm deancho y 160 mm de largo

La caldera transforma el calorsuministrado (resultado de laconversión de la energíaquímica del combustible enenergía térmica) en vapor deagua (energía térmica); elmotor convierte la energía

3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICAManual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo

LLaa mmááqquuiinnaa ddee vvaappoorr qquuee pprreesseennttaammooss eess uunn mmooddeelloo qquuee hhaa ssiiddoo ccoonncceebbiiddoo ccoonn ffiinneess ddiiddááccttiiccooss ttaannttooddeessddee llaa óóppttiiccaa ccoonnssttrruuccttiivvaa,, ccoommoo eenn lloo ddeemmoossttrraattiivvoo ddee ssuu ffuunncciioonnaammiieennttoo,, ppoorr lloo qquuee nnooss ddeecciiddiimmoossppoorr uunnaa aalltteerrnnaattiivvaa ddee ccoonncceeppcciióónn yy rreeaalliizzaacciióónn sseenncciillllaa,, ooppttaannddoo ppoorr uunnaa mmááqquuiinnaa ddee cciilliinnddrroooosscciillaannttee..

Las medidas de la caldera de lamáquina de vapor corresponden a las

que consideramos más eficientes, perono excluye que puedan adaptarse a los

materiales de que se dispone; por ejem-plo nosotros hemos realiza-

do varios modelos: el dela página 6 y éste quedesarrollamos a con-

tinuación.

5511

térmica del vapor en energía mecánica derotación; y el eje (o árbol) de transmisiónlleva la energía mecánica, producida por elmotor, a la polea y al volante, lo que garanti-za la estabilidad del movimiento de rotación.

LLooss ccoommppoonneenntteess

11.. LLaa ccaallddeerraa

La caldera consiste en un tubo de latón (de 1mm de espesor) de 80 mm de diámetro y 90mm de alto, que tiene en su interior una se-paración horizontal que lo divide en dosvolúmenes, uno superior que oficia decaldera propiamente dicha y otro inferior quesirve de hogar (lugar donde está la lumbreque hierve el agua y genera el vapor). La se-paración horizontal es una chapa circular decobre (0,3 mm de espesor) que, sirviendo defondo de la caldera, recibe el calor prove-niente de la llama de un mechero que secoloca en el hogar.

La caldera (tanque de agua) está hermética-mente cerrada en su parte superior por unachapa circular horizontal de latón (0,5 mm

de espesor) que tiene en su centro un tubocilíndrico, con tapón roscado, por donde secarga el tanque con agua.

Al costado, y en la parte superior de lacaldera, hay un codo que la conecta con elmotor mediante un caño de cobre, de 1/8" dediámetro, por el que sale el vapor que se ge-nera en la caldera. Del lado opuesto, 12 mmmás abajo, hay un pico con tapa que permitelimitar el nivel del agua en la caldera, fijandosu máximo, para dejar lugar al vapor en suparte superior. Esta tapa se saca cuando secarga el agua —para saber cuándo se llegó alnivel predeterminado— y, luego, se la vuelvea poner.

El hogar cuenta con una gran abertura, quellega hasta la base, por donde se introduce elmechero y otras más pequeñas que están pordebajo del fondo de la caldera que permitenlograr una mejor distribución de la llama.

El mechero consiste en un caño rectangularde latón de 25 x 25 mm de sección y 60 mmde largo, cerrado en sus extremos. En laparte superior (25 x 60 mm), cerca de uno desus extremos, se coloca una tapa roscada pordonde se carga el combustible líquido (alco-hol). Al lado de la tapa roscada hay unapequeña perforación de ventilación. En laparte lateral (25 x 60 mm), se rosca unpequeño caño de 5 mm de diámetro y 35mm de largo. El extremo libre de este caño secorta a la mitad, por su eje longitudinal, paraalojar la mecha.

22.. EEll mmoottoorr

El motor cuenta con tres componentes:

2.1. La caja de distribución.

2.2. El cilindro oscilante.

2.3. El émbolo y el mecanismo biela-manivela.

22..11.. LLaa ccaajjaa ddee ddiissttrriibbuucciióónn. Consiste enuna pequeña pieza de latón (35 mm dealto, 25 mm de ancho y 9 mm de espe-sor) que tiene dos superficies planas (de35 x 25 mm) opuestas. Sobre una, queestá pulida a espejo, se apoya y se mue-ve el cilindro; éste, al oscilar, abre y cier-ra dos perforaciones que permiten laentrada y la salida del vapor al cilindro.En la segunda superficie plana (opues-ta) está atornillada una boquilla deunión, conectada al caño de cobre queconduce el vapor de agua. Una perfora-ción de 1,5 mm —que, partiendo de laboquilla de unión atraviesa perpendicu-larmente, a lo ancho, la caja de distri-bución— permite que el vapor llegue alcilindro cuando éste está en posición de

acción. A muy pequeña distancia, otra per-foración permite la evacuación del vapordespués que éste ha cumplido su ciclo útil;esta segunda perforación, por razones cons-tructivas, no atraviesa el espesor de la caja dedistribución sino que, al llegar a la mitad,gira a 90° y sale por un costado de la caja.

5522

5533

22..22.. EEll cciilliinnddrroo oosscciillaannttee. Por razones desimplicidad constructiva, tomamos comobase una varilla cuadrada de 10 x 10 mm desección y de 15 mm de largo; a ésta le rea-lizamos una perforación longitudinal quepermitió insertar ajustadamente un tubo delatón de 9 mm de diámetro (1 mm de espe-sor) por 30 mm de largo, que es el cilindropropiamente dicho. La perforación noatraviesa totalmente la varilla cuadrada puesel cilindro tiene que estar cerrado en uno desus extremos; pero si, por alguna razón, laperforación resultara pasante, se puede ce-rrar el correspondiente extremo del cilindrocon un pequeño círculo torneado que ajustefirmemente.

Uno de los lados de la va-rilla cuadrada —concre-tamente, el que friccionasobre la caja de distribu-ción— está pulido a espejo,para reducir la fricción almínimo y evitar pérdidasde vapor; en el centro deeste lado está sólidamenteatornillado el eje deoscilación del cilindro, quees de latón de 3 mm dediámetro (la perforacióndonde va atornillado el ejepuede ser pasante, pues alatornillarlo queda cerrada

herméticamente). Este eje se coloca en unaperforación, en la caja de distribución, queactúa de buje y que permite la oscilación delcilindro. En el extremo libre de este eje deoscilación hay un resorte y una tuerca quepermiten un contacto perfecto entre el cilin-dro y la caja de distribución.

Próximo al fondo del cilindro oscilante y dellado en contacto con la caja de distribuciónhay una perforación pasante (diámetro 1,5mm) que permite la entrada y la salida delvapor del cilindro, cuando esta perforaciónse enfrenta con las correspondientes que hayen la caja de distribución.

22..33.. EEll éémmbboolloo yy eell mmeeccaanniissmmoobbiieellaa--mmaanniivveellaa. El émbolo y labiela forman una sola unidad (lapieza émbolo-biela); esto esfactible, ya que el cilindro esoscilante. La longitud total de estapieza es de 32 mm; el émbolo (7 mm de diámetro y 10 mm delongitud) está en uno de losextremos y la biela en el otro.

La biela tiene una perforación de 3mm que sirve de cojinete de biela.Una rueda de 20 mm de diámetrosolidaria a un buje con tuerca yfijada a un eje de 4 mm dediámetro, oficia como manivela,pues tiene un pequeño eje (3 mmde diámetro) descentrado a 7 mmcon respecto a su eje de giro; estepequeño eje cumple la función decodo de la manivela.

5544

33.. EEll eejjee ((oo áárrbbooll)) ddee ttrraannssmmiissiióónn,,ccoonn ppoolleeaa yy vvoollaannttee

El árbol de transmisión es un eje de 4 mm de diámetro y 140 mm de largo,en uno de cuyos extremos está la ruedamanivela que suministra la energíamecánica de rotación; en su otroextremo está el volante que garantiza laestabilidad del movimiento. Tengamosen cuenta que el émbolo actúa sobre lamanivela solamente en una mitad de sumovimiento mientras que, en la otra mitad,es la inercia del volante la que hace que lamáquina continúe andando. Sobre el árbolde transmisión se colocan las poleas,engranajes, etc. que permiten transmitir elmovimiento a otros dispositivos.

44.. LLaa bbaassee ddee ssuusstteennttaacciióónn

Las tres partes activas de la máquina devapor se fijan a una base de chapa de hierro(0,3 mm de espesor) de 160 x 120 mm, conun pliegue en U de 10 mm a lo largo de los120 mm; su fin es aumentar su resistenciaa la flexión y contar con una base de apoyofirme.

La caldera se fija con tres "L" de chapaatornilladas. Cabe aclarar que, en la superfi-cie de la base por donde se toma la caldera,se realizan perforaciones con el fin de permi-tir el ingreso de aire para que no se apague lallama del mechero.

La caja de distribución se fija a la base me-diante dos perforaciones roscadas.

El árbol motor gira en dos "L" atornilladas ala base que ofician de bujes.

Para transmitir la energía que suministra lamáquina de vapor a otros dispositivos, pro-ponemos la construcción de una rueda conpoleas como se ilustra en la siguiente figura:

5555

LLooss mmaatteerriiaalleess yy llaa ccoonnssttrruucccciióónn En cuanto al material de los elementosneurálgicos del sistema, nos decidimos por ellatón (aleación de cobre y zinc), debido a sufacilidad de mecanizado y a su resistencia a lacorrosión.

El cuerpo caldera se construye con un tubode latón de 1 mm de espesor. Los cortes yperforaciones se pueden realizar con sierras ymechas convencionales.

La división que separa los dos volúmenes esuna pieza de cobre de 0,3 mm de espesorobtenida por embutición. Para realizar estaoperación se busca o se hace (con madera ometal) un elemento cilíndrico de undiámetro un poco inferior al del tubo delatón que se usa como macho, siendo lamatriz el tubo de latón que va a ser el cuerpode la caldera.

La chapa de cobre (de 0,3 mm) se apoyasobre el tubo de latón y se embute con el ele-mento cilíndrico mencionado. Dada la duc-tilidad del material, el esfuerzo a aplicar noes muy grande.

5566

El análisis y la construcción de lamáquina de vapor permiten entrar

al campo de muchos problemas, tantocientíficos como tecnológicos (conversiónde energía, cambios de estado, transfor-mación de movimientos, inercia, etc.), tra-bajar en el aula-taller y, también, despertarla creatividad de los alumnos —quepueden plantear distintas soluciones cons-tructivas—.

Una vez construida la máquina de vapor sepueden imaginar y desarrollar dispositivosy/o elementos asociados —como modelosde pequeñas máquinas de taller— quepuedan conectarse mecánicamente conella .

Dejamos sentado que las dimensionespropuestas están planteadas como refe-rencia; pero, evidentemente, los alumnos ylos profesores que vayan a construir estamáquina pueden adaptarla a sus requeri-mientos y posibilidades.

Luego, con una tijera, se recorta el sobrante,obteniéndose el fondo de la caldera. Estefondo se introduce en el tubo (con la aletahacia arriba) hasta la altura requerida y se losuelda con una aleación plomo-estaño, uti-lizando un soplete.

Mientras haya agua en la caldera, la soldadu-ra no corre peligro pues el punto de fusión dela aleación eutéctica plomo-estaño (normal-mente, del orden 40-60 %) está entre los 183y 190 °C, y la del agua, si bien está sometidaa presión, no supera en mucho los 100 °C.

Las conexiones, tapas, tapones, codo (delatón) y caño (de bronce) se consiguen fácil-mente en el mercado minorista.

5577

El cilindro, el émbolo, la manivela, las poleasy el volante de inercia son piezas torneadas;se pueden realizar en las escuelas técnico-profesionales que poseen torno o bien pue-den ser llevadas a tornear a un taller espe-cializado.

La base es de chapa de hierro y se puede ple-gar con una pequeña plegadora, utilizandomatrices en madera, prensas y un martillo degoma.

Las "L" se pueden realizar con la mismachapa o bien adquirirlas en una ferretería mi-norista. Para las "L" que sostienen al árbolmotor se recomienda utilizar las de mayor es-pesor, debido a que las perforaciones pordonde pasa el eje cumplen la función debujes.

Los cortes —tanto de la chapa de bronce co-

mo de la de hierro— se pueden realizar conuna tijera para cortar chapa convencional.

Los tornillos son de 4 mm 0.70 (paso de larosca).

El eje del árbol motor es de acero trefilado.

Para roscar la caja de distribución y la varilla(que permite oscilar al cilindro) se utilizanun macho y hembra de 3 mm 0.70 de paso.Para las conexiones, optamos por un machode roscar de 3/8".

Para las conexiones, recomendamos utilizarteflón en las roscas.

Para la tapa y el tapón de la caldera, inte-gramos arandelas siliconadas para alta tem-peratura, las que garantizan un cierre her-mético.

5588

5599

Las actividades escolares vinculadas a lamáquina de vapor se pueden enfocar desdediversos puntos de vista; por ejemplo: elhistórico, el técnico-constructivo, el técnico-funcional, el socio-cultural. Pero, comoplanteo general, para que el proceso deenseñanza y de aprendizaje sea un todocoherente que posibilite una formación inte-gral, es interesante abarcar todos los factoresen juego, analizando el equipo desde unavisión holística.

Para esto, sugerimos que con un enfoquemultidisciplinario se analice en forma globalel proceso que, partiendo de los requeri-mientos que generaron el surgimiento de estamáquina, abarque su funcionamiento, losprincipios científicos y tecnológicos subya-centes, su evolución, su influencia en eldesarrollo social y, también, su ocaso, al sersuplantada por otras máquinas de mayorrendimiento, más cómodas, etc.

En lo referente al pasado —es decir a unaperspectiva histórica de la tecnología—consideramos que es interesante que los con-tenidos que hemos expuesto en el texto selleven al aula; pero, no como clases teóricas,sino integrados en un proceso de construc-

ción de conocimientos, teniendo en cuentaque el conocimiento no es algo dado sino quese configura observando, razonando, plan-teándose preguntas y buscando respuestas.

El desarrollo de la capacidad de observacióny de razonamiento es clave en la formaciónde la personalidad, y el plantearse preguntases la forma básica de aprender. Quien no pre-gunta o no se pre-gunta, no se dis-pone a la posibili-dad de adquisi-ción de nuevosconocimientos.

Plantearse preguntas es plantearse problemascuyas soluciones son las respuestas a las pre-guntas planteadas. En la búsqueda de estassoluciones se apela tanto a los conocimientosque se tienen, como a los nuevos que es ne-cesario integrar; todo, dentro de un esquemade razonamiento que permita arribar a solu-ciones coherentes.

El planteo y la resolución de problemas marcanel quehacer cotidiano pues la vida es un eterno ypermanente proceso de resolución de proble-mas. Algunos problemas son muy sencillos ytriviales, pero, problemas al fin —como porejemplo, cuando tenemos que ir a un determi-nado lugar, ¿qué utilizar? La bicicleta, el autopersonal, un taxi o el ómnibus. O, cuando en unrestaurante frente a un menú debemos optar,¿qué comida elegir? La que nos gusta más, la quees más saludable, la que es más barata, etc.—

4. EL EQUIPO EN EL AULA

Sostenemos que, para poder planificar yproyectar el futuro, se debe entender elpresente; y que, para entenderlo, se debesaber cómo llegamos a este presente -enotras palabras: conocer el pasado-.

Preguntarse implica,también, la búsque-da de respuestas enlos libros.

6600

Otros problemas son más complicados —como,por ejemplo, ¿qué estudios seguir?— y hasta esposible enfrentarse a algunos muy complejoscomo son los vinculados a estrategias o políticastécnico-sociales -¿qué hacer con desechos conta-minantes?-. La escuela tiene la obligación decapacitar a los futuros ciudadanos para que esténen condiciones de enfrentarlos con solvencia;más aún hoy, cuando los problemas, incluso losde la vida cotidiana, han adquirido una comple-jidad muy grande.

El desarrollo de la capacidad de resolver proble-mas debe ser uno de los ejes de la formaciónescolar. En ese campo, la tecnología —en cola-boración con la ciencia— desempeña un papelfundamental, pues la misión central de la tec-nología es resolver problemas del mundo físico.Y, un caso concreto es la máquina de vaporinventada por Watt: Se necesitaba energía paramover las máquinas que estaban surgiendo enlos albores de la Revolución Industrial y Wattresolvió el problema satisfaciendo esa necesidad.

Podríamos comenzar a analizar la máquina devapor como fuente de energía mecánica, plan-teando a los estudiantes que el esfuerzo físicohumano fue la primera fuente de energíamecánica con que contó el hombre.Enfrentemos a nuestros alumnos con episodioscomo el imaginado en la siguiente figura:

Seguramente, los alumnos plantearán que elhombre siempre buscó la forma de liberarsede ese esfuerzo; y que lo logró, en parte,cuando aprendió a domesticar y a aparejar alos animales, transfiriéndoles a ellos la reali-zación de determinados trabajos. Sin embar-go, los grandes cambios socio-culturales quefueron generando el mundo de hoy tienen supunto de partida cuando el ser humanorecurre, como fuentes de energía, no sólo alesfuerzo muscular sino a otras que le propor-ciona la naturaleza; primero, comenzandopor las directamente aprovechables comoson las del agua y del viento (los molinos),continuando con las indirectamenteaprovechables (conversión de energía quími-ca en térmica) como son los combustibles(los motores de combustión externa e inter-na).

Continuando con este enfoque, desde unaóptica socio-técnica-histórica, podemosanalizar en clase los molinos: dóndesurgieron, su llegada a Europa y su uso gene-ralizado en el medievo, los aspectos mecáni-cos de su funcionamiento, los de eje verticaly los de eje horizontal (las ruedas hidráuli-cas), y el desarrollo de una cultura técnica enla Europa de su época por la presencia deesta máquina en la vida cotidiana como algoabierto, a la vista de todos, mostrando susentrañas los engranajes, los sistemas detransmisión de movimientos, etc.

Esa cultura técnica posibilitó al hombreeuropeo poner en juego su creatividad y, así,surgió una serie de ingenios. Entre ellos, lamáquina de vapor; al principio, como simplemáquina con movimiento de vaivén para elaccionamiento de bombas de agua; y, poste-riormente, como generadora de energía

mecánica de rotación, lo que permitióaprovecharla para accionar múltiples disposi-tivos.

La máquina de vapor, al posibilitar ladisponibilidad de energía mecánica en canti-dades suficientes como para responder acualquier tipo de requerimiento, permitió laconsolidación de ese fenómeno social llama-do la Revolución Industrial, que se comienzaa gestar cuando, por requerimientos del mer-cado, se va reemplazando, ya no solamente elesfuerzo físico o muscular, sino la actividadmanual del hombre por la máquina. LaRevolución Industrial nace en la industriatextil y sus orígenes están vinculados a lainvención de la hiladora mecánica (para pro-ducir hilo) y del telar mecánico, que son delos primeros ejemplos del reemplazo de laactividad manual del hombre por lamáquina.

La Revolución Industrial, la segunda grantransformación cualitativa en la vida delhombre —teniendo en cuenta que la primerafue la sedentarización— cambió no sólo elesquema productivo sino, también y comoconsecuencia, el ritmo de vida de la sociedadhumana. Fue una revolución socio-técnica-económica y su símbolo es la máquina devapor, que la hizo posible.

La introducción del vapor como fuente deenergía mecánica marca el comienzo de lasociedad industrial; pero, el progreso tec-nológico no se detuvo y la humanidad asistióa la introducción de nuevas fuentes deenergía. A finales del siglo XIX irrumpe laelectricidad —primero, destinada sobre todoa la iluminación; más tarde, para uso indus-trial—; luego, el petróleo y los motores de

combustión interna; y, ya en la segundamitad del siglo XX: la energía atómica. Habráque ver lo que nos depara el futuro.Tengamos presente que la energía solar aúnno está industrialmente aprovechada y que elSol es la principal fuente de energía de la cualdepende toda forma de vida en la Tierra; noolvidemos que el carbón y el petróleo sonenergía solar acumulada y que la energía delos rayos solares, al evaporar el agua de lasuperficie terrestre, forma las nubes que, a suvez, provocan las lluvias que alimentan losríos, los que muchas veces se aprovechanpara generar corriente eléctrica.

La irrupción de la electricidad, y del petróleoy los motores de combustión interna, prea-nuncian el comienzo de la llamada SegundaRevolución Industrial. La primera —quepodríamos llamar de la máquina de vapor—marcó el paso de la manufactura a la indus-tria y el nacimiento del capitalismo indus-trial; además, preparó el camino de lasgrandes transformaciones que tuvieron lugardurante la Segunda Revolución Industrial,cuyo comienzo no es fácil definir pero quepodríamos fijar a finales del siglo XIX. Entrelas consecuencias más notorias de estaSegunda Revolución Industrial podemosseñalar una revolución en los transportes(terrestres, marítimos y aéreos), en las comu-nicaciones, en el empleo del tiempo libre, enla producción, etc.; basada en la electricidady el petróleo, representó el triunfo de laenergía eléctrica.

La Segunda Revolución Industrial cierra elciclo de la máquina de vapor que es reem-plazada por las turbinas de vapor o por losmotores de combustión interna que tienenmayores rendimientos.

6611

Con la Revolución Industrial comienza lamecanización en gran escala; en sus orígenesestuvo vinculada, fundamentalmente, con lasactividades productivas; pero más tarde llegóal hogar y hoy está presente en múltiplesactividades, simplificando notablemente lavida familiar.

Posiblemente, hoy estemos asistiendo a unaTercera Revolución; en este caso, científico-tecnológica, en la que lo preponderante no esmás la energía sino la información.

Como hemos visto, la máquina de vapor fueun factor clave en el nacimiento de lasociedad actual. El estudio de su fun-cionamiento permite abordar temas como,conversión de energía, mecanismos de trans-formación de movimientos, etc. Así, consi-deramos interesante centrarnos en su análi-sis.

Tomando como referencia el modelo de lamáquina de vapor —que hemos desarrolladoen las páginas precedentes—, podemos co-menzar su estudio partiendo del generadorde calor (el mechero), en donde el calor(energía térmica) —enfocado desde una ópti-ca energética— es el resultado de la conver-sión de la energía química del combustibleen energía térmica (la ocasión se presta paraprofundizar sobre las conversiones de ener-gía). Esa energía térmica (producto de lacombustión del alcohol) hace hervir el aguacon la consecuente producción de vapor, quepuede alcanzar un volumen del orden de1700 veces el volumen de la masa líquidaque lo generó; esa tendencia al aumento delvolumen, al estar presente en un recipientecerrado, aumenta la presión dentro del reci-piente (aquí, usted puede plantear el caso de

la olla a presión).

La presión del vapor es utilizada para pro-ducir trabajo mecánico en el sistema cilin-dro-émbolo, por lo que resulta interesanteobservar la mecánica de funcionamiento deeste sistema. Podemos partir de losmovimientos de translación y de rotación, yde la transformación del movimiento detranslación en el de rotación en el sistemaémbolo-manivela de la máquina de vapor. Eltema puede ampliarse, presentando otrosejemplos, como el del pistón-biela-cigüeñalen los motores de combustión interna; aquí,también se puede indagar en los motores decombustión externa y los de combustióninterna; en este último caso, separamos losde explosión (los de gasolina) y los diesel,destacando las características de cada uno.

Buscando despertar la imaginación y la cre-atividad de los alumnos se les puede solicitarque piensen otros ejemplos en donde haytransformación de un movimiento detranslación en uno de rotación. A conti-nuación planteamos uno:

6622

Otro ejemplo puede ser el del piolín del trompo:

Invirtiendo el proceso, se les puede pedir a losestudiantes que piensen cuándo un movimientode rotación se puede convertir en uno detraslación. Si no lo vinculan fácilmente paracasos particulares como el del tornillo y la tuercao el del sistema ascensor, usted los puede orien-tar en la búsqueda. Con respecto a esta conver-sión (de rotación en translación) y vinculado altema de la historia de la máquina de vapor,recordemos que en Inglaterra se había comenza-do a tender vías férreas con vagones para el trans-porte de cargas (al servicio de minas y/o empre-sas siderúrgicas); pero, estaba previsto que estosvagones fueran tirados por caballos o, en elmejor de los casos, traccionados por cuerdasaccionadas por máquinas de vapor ubicadascada 2,5 km; entonces, aquí, el movimiento derotación del árbol motor de la máquina de vapor,sobre el que había arrollado la cuerda, se trans-formaba en movimiento de translación de lacuerda. Es un caso inverso al del trompo, en elcual el desplazamiento (movimiento detranslación) de la cuerda produce el giro deltrompo. Se puede incitar a los alumnos para quebusquen otros ejemplos (como son el torno y elcabrestante).

La dimensión técnico-constructiva desarro-llada en la tercera parte de este material decapacitación, también abre la posibilidad deinteresantes comentarios en el aula.

El objetivo global del planteo desarrollado es,no sólo la adquisición de conocimientos, sino yfundamentalmente despertar en los jóvenes suscapacidades de observación y razonamiento.

Volviendo al pequeño modelo de la máquinade vapor con el que se cuenta y consideran-do que es una fuente de energía mecánica, sepuede aprovechar para accionar algúnmecanismo, máquina o dispositivo.Nosotros sugerimos acoplarlo, mediantepoleas y una cuerda, a un pequeño motoreléctrico (por ejemplo, el de una casetera o elde un juguete; algunos se consiguen en elmercado) para que funcione no como motorsino, a la inversa, como generador de electri-cidad para accionar algunos led, que tambiénpueden integrar algún modelo que simuleuna planificación urbanística o una construc-ción civil.

En el mercado de juguetes se suele encontraralgunas pequeñas máquinas de vapor asocia-das a talleres mecánicos o de carpintería; acontinuación presentamos un ejemplo.

6633

Wilesco steam engine model kit.www.wilesco-steam.co.uk

6644

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con losdatos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos cientí-ficos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otrosaspectos.

Dada la importancia que esta información deretorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacerllegar. Para ello puede remitirnos una copia,a través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec-trónico de las páginas que siguen aeevvcceenneett@@iinneett..eedduu..aarr, enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través delmismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA

Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

IILa puesta en práctica

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*)

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:

3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es eladecuado al nivel educativo para el que está previsto?

f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados enel nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique porqué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaIIII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.

La puesta en práctica

3.2. Estrategias

A partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente:

IIIIII

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado2

Inco

rpor

ado3

3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previosnecesarios para iniciar las actividades propuestas.

b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec-nológicos para resolver un problema tecnológico.

c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos atrabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc-to tecnológico como el propuesto por el material.

d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum-nos.

e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos ytecnológicos, y de los procedimientos para generar una solucióntecnológica (la propuesta por el material u otra diferente).

f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientoscientíficos y tecnológicos, metodología de resolución de problemasy procedimientos propios del trabajo tecnológico.

g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto.

La puesta en prácticaIIVV

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)problemas.

i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos

o variables críticas del problema.q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:

4.1.1. Utilizó:

VVLa puesta en práctica

a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:

a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollodel recurso propuesto?

f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y lametodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No

La puesta en práctica

4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VVII

VVIIIILa puesta en práctica

4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo losprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder elapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto porel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).

La puesta en práctica

4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro-puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcionesque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

VVIIIIII

La puesta en práctica

a. Aprovechando todo el proceso y lasecuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien-cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)

IIXX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

4

Otro

5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi-caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando,la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

XX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXII

La puesta en práctica

Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXIIII

La puesta en práctica

Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda):

XXIIIIII

La puesta en práctica

5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas):

5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe-riencias propuestas para el aula)?

a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en elaula, papel motivador, etc.).

b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien-cias previstas en su planificación).

c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadascon problemas de Educación Tecnológica.

d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe-riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina.

e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociadaa un problema tecnológico.

f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización derecursos didácticos.

g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticasorganizadas en función de la resolución de problemas.

h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la soluciónde problemas de carácter tecnológico.

i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos.

MV6

V PV

Otras (Especifíquelas, por favor)

6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valioso

XXIIVV

Sí OtroNo

La puesta en práctica

5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):

XXVV

La puesta en práctica

6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique siel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad.. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.

b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

XXVVII

La puesta en práctica

6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:

XXVVIIII

La puesta en práctica

6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

XXVVIIIIII

La puesta en práctica

7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo

XXIIXX

La puesta en práctica

8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba-jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

XXXX

La puesta en práctica

Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:

XXXXII

La puesta en práctica

En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideaso propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

XXXXIIII

Sí

La puesta en práctica

No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?

XXXXIIIIII

Títulos en preparación de la serie “Desarrollo de contenidos”.

• Colección: Tecnología química en industrias de procesos

• El aire como materia prima

• El azufre como materia prima

• Los minerales como materia prima –bauxita y minerales de hierro

• Colección: Construcciones

• Construcción de edificios. Cómo enseñarla a través de la resoluciónde problemas

• Construcciones en hormigón armado: tecnología, diseño estructuraly dimensionamiento

• Colección: Telecomunicaciones

• Técnicas de transmisión banda base aplicadas a redes LAN y WAN

• Cálculo de enlaces alámbricos

• Colección: Materiales

• Fundamentos y ensayos en materiales metálicos

• Colección: Tecnología en herramientas

• Historial de las herramientas de corte

• Diseño y fabricación de herramientas de corte

• Colección: Electricidad, electrónica y sistemas de control

• Instalaciones eléctricas

• Familia TTL (Lógica transistor-transistor)

• Familia lógica CMOS