bielas y álabes 1826-1914

Bielas y labes 1826-1914

Bielas y labes1826-1914Evolucin histrica de las primeras mquinas trmicas a travs de las patentes espaolas R. Rubn Amengual Matas

9 7 8 8 4 9 6 11 3 1 3 8

ISBN 978-84-96113-13-8

MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO

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Oficina Espaola de Patentes y Marcas


R. RUBN AMENGUAL MATAS

BIELAS Y LABES 1826-1914Evolucin histrica de las primeras mquinas trmicas a travs de las patentes espaolas

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MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIOOficina Espaola de Patentes y Marcas

Paseo de la Castellana, 75. Telf. 91 349 53 00 28071 MADRID NIPO: 703-07-013-2 I.S.B.N.: 978-84-96113-13-8 Depsito Legal: M. 10.640-2008 Impresin: Sociedad Annima de Fotocomposicin

Para Mara y Sebastin, a quien debo todo lo que soy.

On ne connat pas compltement une science tant quon nen sait pas lhistoire. Auguste Comte

Vean, pues, los ingenieros cmo para ser ingeniero no basta con ser ingeniero. Mientras se estn ocupando en su faena particular, la historia les quita el suelo de debajo de los pies. Jos Ortega y Gasset

Progress, far from consisting in change, depends on retentiveness... Those who can not remember the past are condemned to repeat it. George Santayana

ndice

Pgs.

Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Agradecimientos del autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lista de acrnimos empleados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Captulo 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. PRESENTACIN Y OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 15 17 19 21 23 23 24 25 25 27 30 30 32 33 37 37 38 41 42 44 46 50 50 52

Reflexiones previas al planteamiento de la obra . . . . . Planteamiento del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Importancia tcnica del sector . . . . . . . . . . . . . . . . . . Periodo de anlisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las patentes como fuente de informacin tecnolgica. Fuentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.6.1. Estudio de la documentacin administrativa . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6.2. Anlisis de la informacin tcnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7. Estructura de la obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EL NACIMIENTO DE LAS MQUINAS TRMICAS . . . . . . . . . . . . . .

Captulo 2. 2.1.

La prehistoria de las mquinas trmicas: de la eolpila a la mquina de Newcomen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. El antecedente espaol: la invencin de 1606 de Jernimo de Ayanz y Beaumont para la elevacin de agua y desage de las minas . . . La patente de Savery de 1698 para el desage de las minas . . . . Los ingenios de Papin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La mquina de Newcomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las patentes de Watt: el condensador y la mquina de doble efecto .

2.2.

Las mquinas de vapor alternativas del siglo XIX y principios del XX estudiadas a travs del sistema espaol de patentes (1826-1914). . . . . . . . . . . . 2.2.1. 2.2.2. Consideraciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciclos termodinmicos con mquinas alternativas de vapor . . . . .

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Pgs.

2.2.3.

Elementos constructivos de mquinas alternativas de vapor . . . . . 2.2.3.1. 2.2.3.2. Bloque motor y tren alternativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tren de la distribucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56 56 60 64 71 73 75 80 82 87 88 92 101 105 110 114 116 118 121 123 125 126 131 131 133 140 156 163 163 164 173 173 175 183 190 194 207 209 216

2.2.4. 2.2.5. 2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. Captulo 3. 3.1. 3.2.

Mquinas de vapor con pistn rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros documentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los motores de Ericsson y Lenoir. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un antecedente espaol: el motor de Jaime de Arbs y Tor . . . . . Otros motores anteriores a 1876. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Los primeros motores de aire caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LA CARRERA POR EL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA. . . . . .

Beau de Rochas: el ciclo terico de cuatro tiempos . . . . . . . . . . . . . . . . Nicolaus August Otto y la Gasmotorenfabrik Deutz AG: el primer motor de cuatro tiempos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Eugen Langen, el socio de Otto en la Gasmotorenfabrik Deutz AG . . . . . . 3.4. Gottlieb Daimler, ingeniero de la Gasmotorenfabrik Deutz AG . . . . . . . . . . 3.4.1. 3.4.2. 3.5. El motor de encendido por compresin de Daimler . . . . . . . . . . . El primer vehculo de Daimler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Rudolf Diesel: tras los pasos de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1. La Provisional Specification de la patente GB 7 241 A. D. 1892 3.5.2. La patente francesa FR 220 903 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3. La Complete Specification de la patente GB 7 241 A. D. 1892 . 3.5.4. La patente estadounidense US 542 846 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.5. Las patentes espaolas de Diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6.

El desarrollo de los motores de combustin interna hasta 1914, estudiados a travs del sistema espaol de patentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.1. Consideraciones previas: invenciones radicales e incrementales . . 3.6.2. Motores de combustin interna de dos tiempos. . . . . . . . . . . . . . 3.6.3. Otras innovaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7. 3.8.

Marc Birkigt, ingeniero de la Hispano-Suiza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los primeros motores de combustin interna sobrealimentados . . . . . . . . 3.8.1. 3.8.2. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las patentes de Arnold Zoller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Captulo 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

EL ARRANQUE DE LAS TURBOMQUINAS TRMICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Las infructuosas tentativas iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Charles A. Parsons y las primeras turbinas de reaccin. . . . . . Las turbinas de accin de Gustaf De Laval . . . . . . . . . . . . . . . Las turbinas de Rateau y Curtis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Invenciones incrementales relevantes sobre turbinas de vapor . Los orgenes de los turbocompresores y las turbinas de gas . . 4.6.1. 4.6.2.

Los primeros turbocompresores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las propuestas primitivas sobre turbinas de gas . . . . . . . . . . . . .

ndice

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Pgs.

Captulo 5. 5.1.

MQUINAS TRMICAS E HISTORIA ECONMICA . . . . . . . . . . . . .

225 225 226 234 236 241 242 243 245 250 252 254 259 259 260 263

Patentes relativas a mquinas trmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. Anlisis estadstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlisis sobre la potencia de las invenciones radicales . . . . . . . . Clasificacin de la oferta tecnolgica e ndice de relevancia . . . . . ........ ........ mquinas ........ ........ ........

5.2.

Historia Tecnolgica e Historia Econmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Mquinas trmicas y el contexto econmico nacional. . 5.2.2. Importancia de las instituciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3. Economa evolutiva: irradiacin tecnolgica de las trmicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4. Invenciones radicales e incrementales. . . . . . . . . . . . . 5.2.5. Historia de la empresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.

El modelo de la pirmide de innovacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EPLOGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Captulo 6. 6.1. 6.2.

Consideraciones histrico-tcnicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones histrico-econmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BIBLIOGRAFA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Prlogo

Para la humanidad, pocos fenmenos han sido desde siempre ms enigmticos que el fuego. Atroz por la devastacin que puede causar cuando se desata; deseado y acogedor cuando calienta una morada fra o cocina para deleite de nuestra gula. El fuego, a tenor de los restos arqueolgicos en cuevas y asentamientos desenterrados, nos ha acompaado al homo sapiens desde que aparecimos como tales, y ello lo atestiguan tambin los mitos que sobre el fuego ha habido; pero poco podran imaginar nuestros primeros padres que, a travs de la ciencia y la tcnica, el fuego iba a llegar a invadir tan ordenadamente nuestras vidas pues el modus vivendi de nuestra civilizacin se basa esencialmente en saber aprovechar el calor de los muy diversos tipos de fuego que podemos dominar en los muy diversos tipos de artilugios que cartesianamente llamamos mquinas y motores trmicos. La Tesis Doctoral de Rubn Amengual, recogida en este libro, trata de esos artilugios, y lo hace de una manera a la vez clsica e innovadora; a la vez rigurosa y anecdtica; a la vez clidamente humana y aspticamente tcnica. De ah que este libro pueda ser a la vez de gran utilidad para un especialista, y deleite y enseanza para un lego en la materia. Resulta tpico, y no por ello menos verdadero, que el desarrollo de la humanidad ha estado jalonado de muy importantes y verdaderas revoluciones, como la del Neoltico, con su asentamiento en ciudades gracias al dominio de la agricultura; la del lenguaje escrito y del alfabeto; la del dominio de la metalurgia en el despertar de la Edad de los Metales; y, de manera egregia, la Revolucin Industrial. Aunque esta Revolucin se proyecte en muchos mbitos y rdenes de la vida, en sus races estn las mquinas trmicas. Esas mquinas que algunos denominaron de fuego y aire, pues la expansin realizada por el aire caliente terminaba convirtindose en movimiento til gracias a mecanismos como el de la biela-manivela. Las mquinas trmicas tuvieron una consecuencia fundamental: poner a disposicin de los hombres una fuerza enormemente mayor, y mejor regulada, que la del msculo animal. Cuando hoy da, de manera tan rutinaria que no le concedemos ningn valor, nos movemos en automvil, no somos conscientes de que nos beneficiamos de la herencia cuasi directa de aquellas mquinas trmicas primigenias que constituyeron la Revolucin Industrial.

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Esa Revolucin, y particularmente sus mquinas y motores, han conformado tan sealadamente nuestro modo de vida actual, que es elemental gratitud hacer un pequeo esfuerzo por conocerlas mejor, y conocer su historia. Y en eso esta Tesis Doctoral puede ayudar muchsimo; aunque, como tal Tesis, contenga algunos elementos que slo los muy versados en la materia podrn aquilatar en toda su importancia cientfico-tcnica. Pero que todo lector podr entender en sus lineamientos bsicos. Y disfrutar con las peripecias vitales que sus autores e inventores supieron plasmar a travs de una figura muy propia del desarrollo tecnolgico: las patentes. Una patente de invencin es una frmula jurdica por la que se le reconoce a una persona (o varias) los derechos a explotar una idea tcnica convertible en realidad, y que l ha concebido, o al menos manifestado, antes que ningn otro. En el libro aparece una definicin del concepto de patente mucho ms precisa, pero la frase anterior, quiz en exceso contundente y sin matices, tiene los tintes prometeicos de inventar, ser el primero, abrir caminos. Impresionantes los caminos que se abrieron con las mquinas trmicas, analizadas certeramente en esta Tesis a travs de las patentes con las que se convirtieron en instrumentos tecnolgicos comercializables. A mi entender, no es tarea de un prlogo desmenuzar el libro para explicar lo que uno va a encontrar. Eso ya lo har el lector. Y s es tarea del prlogo animar a cualquier lector potencial a que, siguiendo la mxima aristotlica, pase de la potencia al acto, y lo lea. Porque si uno no estuviera convencido de la calidad del libro, no debera escribir un prlogo. Y mi conviccin desde que tuve en mis manos esta Tesis por primera vez, es que era un caso peculiar, a un tiempo til para los especialistas, y recomendable para todos los pblicos. La humanidad comenz una andadura totalmente diferente cuando las mquinas trmicas hicieron su aparicin. Eso lo sabe hoy da todo ser humano, aunque de manera imprecisa y desdibujada. En este libro encontrar los dibujos y las precisiones que le harn conocer los difciles albores de estas mquinas, y el empeo de tantos inventores por hacerlas funcionar. Heredero de ese empeo, es el que puso el autor de este libro, Rubn Amengual, para contarnos esta fabulosa, pero sin embargo verdica historia.

Madrid, enero 2007 Jos M. MARTNEZ-VAL PEALOSA Catedrtico de Termotecnia Ex Director de la ETSII-UPM

Agradecimientos del autor

Este texto es un trabajo derivado de una tesis doctoral defendida en 2004 en la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politcnica de Madrid. Numerosas personas han influido en que, lo que un da fue un deseado proyecto, hoy se materialice en estas pginas. Creo que es mi obligacin (adems de resultar un placer para m) enumerar, aunque slo sea rpidamente, algunas de las muchas personas que han hecho posible este trabajo. Ruego me perdonen los que no se encuentren nominalmente en estas pginas, pues la mente gasta a veces malas jugadas, especialmente si la materia prima ya no es de primera calidad per se. En primer lugar quiero citar a los que fueron mis directores de tesis, el Dr. D. Manuel Valds del Fresno y el Dr. D. J. Patricio Siz Gonzlez, cuya relacin personal con ellos hace tiempo que trascendi el vnculo acadmico y se convirti en amistad. Me resulta muy grato afirmar que esta amistad ha perdurado y se ha reforzado mucho ms all de la mera relacin universitaria, y les agradezco todo el apoyo que me han brindando de mltiples formas antes, durante y despus de redactar inicialmente la tesis y, posteriormente, este libro. Otras personas de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM mostraron igualmente su reconocimiento a este texto; quiero citar en primer lugar a todos los Profesores del Grupo de Motores Trmicos, especialmente al Catedrtico, Dr. D. Jess Casanova Kindelan, que siempre ha considerado de gran inters el trabajo aqu desarrollado. Tambin quiero mostrar el apoyo y la ayuda que he recibido de otro Profesor del Departamento de Ingeniera Energtica y Fluidomecnica, el Dr. D. Jos Luis Rapn Jimnez, compaero y amigo incondicional. Debo hacer una mencin especial al personal de la Biblioteca de la ETSII, sobre todo a su Jefa, D. Mara Dolores Campaa Ferro, que me prestaron su atencin y me dieron todas las facilidades para consultar sus valiosos fondos. No quiero olvidarme de otros miembros de la comunidad universitaria que me ayudaron de diversas maneras. Concretamente quiero nombrar al Profesor D. Nicols Garca Tapia, de la Universidad de Valladolid, al Profesor D. Jordi Nadal i Oller, de la Universidad de Barcelona, y al Profesor D. Francisco Cayn Garca, de la Universidad Autnoma de Madrid. Tambin deseo destacar el especial inters que mostr por este trabajo el Profesor D. Jos M. Martnez-Val Pealosa, de quien he tenido el honor de ser alumno suyo y an sigo sindolo; quiero, adems, manifestar mi especial reco-

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nocimiento por haber prologado la edicin de este texto, as como su continuo apoyo por mantener mi vnculo acadmico con la Universidad. Muchas personas de la Oficina Espaola de Patentes y Marcas (OEPM) me ayudaron en la complicada tarea que supuso la investigacin llevada a cabo con esta obra. Quiero agradecer a D. ngel Sastre de la Fuente, que fue Secretario General de la OEPM durante la realizacin de este trabajo, la especial sensibilidad que desde el primer momento mostr por esta labor, as como el apoyo que siempre prest a esta investigacin durante los cinco aos que dur. Mucho debo al personal del Archivo Histrico, especialmente a D. Gloria Ramos Fernndez, Jefa del Archivo, y a D. Fernando Hernndez Izquierdo. No quiero olvidar a la tristemente desaparecida Jefa de la Biblioteca Tcnica, D. Isabel Bertrn de Lis Morales, quien dej una profunda huella profesional y personal en m, y me proporcion numerosa documentacin histrica. Tampoco me olvidar de los miembros del equipo de Seguridad de la OEPM (especialmente D. ngel, D. Jos, D. Luis, D. Pedro...), con quienes compart muchos fines de semana en la antigua sede de la calle Panam y me abrieron sus puertas, no slo en el sentido literal de la expresin. Tambin deseo mencionar a D. Gerardo Penas Garca, D. Valerio Santos Hernndez y la actual Direccin de la OEPM, quienes tanto han hecho para que la edicin de este texto sea una realidad. Quiero citar a algunas personas que me ayudaron desde otras instituciones, concretamente a Mr. Melvyn K. Rees de The Patent Office U.K., Mr. Steve van Dulken de la British Library y Mme. Yvette Chawalla, del Institut National de la Proprit Industrielle, en Pars, quienes me brindaron informacin valiossima; a todos ellos les doy las gracias por la apreciada documentacin histrica que me proporcionaron. A mis amigos D. Ricardo Shan de Bordons OMongain, D. Luis J. Dueas Campo, D. Jos Ramn Garca de Madariaga, D. Francisco Martnez y Martnez y D. Blanca Ridruejo Miranda, deseo expresarles mi sincera admiracin por el apoyo que me han prestado en diversas facetas, en forma de helpdesk, sus diversas colaboraciones tcnicas y grficas, las mltiples ideas y sugerencias que me aportaron, as como el aliento incondicional que mostraron hacia este trabajo. La lista no debera acabar aqu, pues otros amigos y compaeros me han demostrado en muchas ocasiones su inters por el trabajo desarrollado y me han proporcionado ayuda de mltiples formas; gracias a todos, aunque no les cite explcitamente. Ellos saben quines son y dnde estn. Por ltimo, quiero expresar el apoyo que he tenido continuamente de mi familia, en especial (y en forma de letana cariosa) de Fivito, Quica, To Willy colega Dottore, Coque de Unguen, Marian, Gema (y Heriberto), Miguel, Higgsito unser Mensch in Berlin, Tet (point... punchak), Nacho, Coc qu pas! Mary Jane (sorpresa!), Coque Kollege, Asker te va a encantar (en verdad no era para tanto), Tarta (y Mario?), Foquina Cotinez, Johannes (de qu color era tu coche?), Carlos (y sus animales) y la encantadora seorita Frunfristina. Sebastin y Mara, mis padres, no han podido ver la edicin de este texto, pero gracias a ellos se ha conseguido que lo que un da fue slo un proyecto llegara a ser realidad. Madrid, agosto de 2007

ResumenEl objetivo de este libro es analizar la evolucin tcnica experimentada en el campo de las mquinas trmicas durante el periodo 1826-1914, empleando para ello las patentes presentadas en Espaa. No obstante, tambin se han considerado algunas patentes de otros pases que describen ciertas invenciones radicales de la poca en este campo tecnolgico. El estudio se hace centrando la evolucin tcnica de las mquinas trmicas en tres grandes sectores: mquinas de vapor alternativas, motores de combustin interna alternativos y turbomquinas trmicas. Dentro de las mquinas de vapor alternativas se analizan algunas de los siglos XVII y XVIII, como las de Savery, Newcomen y Watt; tambin se revisan los primeros motores de aire caliente y algunas patentes espaolas sobre mquinas de vapor. En el campo de los motores de combustin interna alternativos se analizan diversas invenciones radicales de este sector, como la recogida en la patente francesa de Beau de Rochas, o en las patentes espaolas de Otto y Diesel. Tambin se compara la patente britnica del primer motor Diesel con su equivalente estadounidense y otros documentos de la misma familia, pues se han detectado diferencias tcnicas entre la misma invencin a la vista de lo descrito en dichas patentes. Continuando con el estudio, se han localizado otras patentes espaolas con invenciones relevantes sobre motores alternativos, se han encontrado innovaciones desarrolladas por destacadas empresas como Hispano-Suiza, y se ha verificado la existencia de patentes proponiendo motores sobrealimentados a principio de la dcada de 1910. Respecto las turbomquinas, se analizan las primeras patentes de turbinas de vapor (Parsons, De Laval, Rateau) y los primeros intentos por obtener turbocompresores y turbinas de gas. El texto finaliza con un estudio sobre las implicaciones histrico-econmicas que este sector tecnolgico tuvo en la Espaa del siglo XIX y principios del XX, destacndose que existe una influencia mutua entre la Historia de la Tecnologa y la Historia Econmica. Como principal conclusin del trabajo debe destacarse la validez del sistema espaol de patentes para estudiar la evolucin histrica de las mquinas trmicas en el periodo considerado. Ello muestra que las colecciones de patentes son valiosos documentos histrico-econmico-tcnicos, y que las Oficinas Nacionales de Patentes desempean un papel fundamental en la custodia, conservacin y divulgacin de la informacin contenida en las patentes.

Abstract

This book sets out to analyze the technical evolution witnessed in the field of heat engines between 1826 and 1914 based on the patents filed in Spain within that timeframe. Consideration is likewise given to certain patents filed in other countries that describe revolutionary inventions of the period in this area of technology. The study centers on the techical evolution of heat engines in three large sectors: reciprocating steam engines, reciprocating internal combustion engines and thermal turbomachines. When focusing on reciprocating steam engines, attention is given to some engines dating back to the XVII and XVIII centuries, such as those of Savery, Newcomen and Watt; this book likewise reviews the first hot air engines and some Spanish steam engine patents. When turning to reciprocating internal combustion engines, this book explores different revolutionary inventions, such as the inventions set out in Beau de Rochass French patent or Ottos and in Diesels Spanish patents. Also, the British patent for the first Diesel engine is compared with its U.S. counterpart and with other documents from the same family given that said patents describe different techniques for the same invention. This book goes on to consider other outstanding Spanish patents for reciprocating engines and to discuss innovations developed by such leading companies as the Hispano-Suiza as well as some patents from the early 1910s proposing supercharged engines. When addressing turbomachines, this book analyzes the first steam turbine patents (Parsons, De Laval, Rateau) and the first attempts to invent turbocompressors and gas turbines. This book ends with a study of the historical-economic implications that this sector of technology had in Spain in the XIX and early XX centuries, highlighting the influence of technological history on economic history and vice versa. In conclusion, this book highlights the importance of the following: the strength of the Spanish patent system for studying the historical evolution of heat engines during the period in question; the enormous value of patent collections as historical, economic and technical documents; and the major role of National Patent Offices in safeguarding, preserving and disseminating the information contained in patents.

Lista de acrnimos empleados

BOPI CA CIP CUP DPMA ECLA EPI EPO ETSII INPI MAC MCIA MEC MEP MV OEPM OMPI PMI PMS RD RO RPM TC

Boletn Oficial de la Propiedad Industrial Compresores Alternativos Clasificacin Internacional de Patentes Convenio de la Unin de Pars Deutsches Patent- und Markenamt (Oficina Alemana de Patentes y Marcas, ubicada en Munich) European Classification (Clasificacin Europea de Patentes) Estatuto de la Propiedad Industrial European Patent Office (Oficina Europea de Patentes, ubicada en Munich, La Haya, Berln y Viena) Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales Institut National de la Proprit Industrielle (Instituto Nacional de la Propiedad Industrial, ubicado en Pars, Francia) Motores de Aire Caliente Motores de Combustin Interna Alternativos Motores de Encendido por Compresin Motores de Encendido Provocado Mquinas de Vapor Alternativas Oficina Espaola de Patentes y Marcas Organizacin Mundial de la Propiedad Intelectual Punto Muerto Inferior Punto Muerto Superior Real Decreto Real Orden Revoluciones Por Minuto Turbocompresores

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TG TM TPOUK TV UPM USPTO

Turbinas de Gas Turbomquinas The Patent Office United Kingdom (Oficina de Patentes del Reino Unido, ubicada en Newport) Turbinas de Vapor Universidad Politcnica de Madrid United States Patent and Trademark Office (Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos, ubicada en Washington)

1.

PRESENTACIN Y OBJETIVOS

1.1.

Reflexiones previas al planteamiento de la obra

Las personas solemos acostumbramos a las comodidades que nuestra civilizacin nos ofrece hasta tal punto que, a veces, parece que no las valoramos pues consideramos que siempre han estado ah. Qu pensamos cuando hay un corte en la red de abastecimiento de agua? Podramos imaginarnos hoy nuestra vida sin suministro elctrico en nuestros hogares o en nuestros trabajos? Slo cuando estamos en una situacin de carencia de los medios que habitualmente disfrutamos, y muchas veces no valoramos suficientemente, apreciamos lo que supone contar con dichas comodidades. Encender una luz o tener agua corriente en nuestras casas, trasladarnos rpidamente de un lugar a otro en nuestros automviles o desplazarnos en avin a velocidades prximas a la del sonido nos parecen acciones tan cotidianas que habitualmente ni nos sorprenden, independientemente de que conozcamos los procesos involucrados en esas acciones tan normales hoy en da o el trabajo de las personas que las hacen posible, y que sin embargo dejaran absortos a nuestros antepasados del siglo XIX. En cierta manera este libro quiere plantear una reflexin, basada en que el desarrollo tecnolgico ha ido asociado al esfuerzo individual de miles y miles de personas, que muchas veces han tenido una traza mnima en la memoria social colectiva, de manera que son desconocidos para la inmensa mayora de la sociedad aunque su contribucin tcnica haya sido notable. Acaso son conocidos popularmente personas tan insignes como Torricelli, Retgen o Becquerel? Sin embargo todos hablamos de la presin atmosfrica, de los rayos X o de la radiactividad sin dominar realmente dichos conceptos. El clebre filsofo D. Jos Ortega y Gasset reflexionaba en su Meditacin de la Tcnica y otros ensayos sobre Ciencia y Filosofa (2001, p. 56)1 sobre una cuestin referida a los motores de combustin interna; el pensador espaol se preguntaba si alguien que no fuese experto en esa materia sera capaz de enunciar los nombres de las personas que ms haban contribuido al desarrollo del motor de combustin interna. Parafraseando a Ortega, parece claro que nombres como Lenoir, Beau de Rochas, Otto, Die1 Los datos entre parntesis corresponden a la fecha de publicacin de las referencias bibliogrficas. Al final del texto se encuentran todas las referencias bibliogrficas ordenadas alfabticamente.

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sel, Clerk y tantos otros slo estn en la memoria de aquellos que alguna vez han sentido curiosidad por saber el origen de estas mquinas trmicas. Esta obra recoge en cierta manera la propuesta lanzada por Ortega, y permite hacer un seguimiento de las invenciones ms destacables en el campo de las primeras mquinas trmicas. Si bien la idea de hacer un estudio histrico de la evolucin tcnica de una rama tecnolgica no presenta ninguna novedad, el hecho de centrar este estudio analizando las patentes de esas invenciones en un pas concreto s supone un elemento original, pues no se conocen antecedentes de un estudio de estas caractersticas donde el hilo conductor sea exclusivamente las patentes presentadas en una nacin determinada. En el caso de Espaa este estudio presenta un inters mltiple, ya que permite conocer si un pas claramente subdesarrollado como era la Espaa del siglo XIX y principios del XX, era de inters para los fabricantes extranjeros que desarrollaron esta tecnologa y si, consiguientemente, patentaban sus invenciones en Espaa. Este libro est basado en la tesis doctoral de su autor, defendida en la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politcnica de Madrid [Amengual (2004 b)]. Debe quedar claro que entre este texto y la tesis que lo precedi ha habido una tarea de adaptacin; se ha revisado el original con la idea de modificar el formato acadmico inicial de la tesis para obtener un libro de divulgacin (tericamente ms comprensible, si bien esto lo juzgar el lector), aunque con un carcter eminentemente tcnico. As, en este texto se han obviado muchas partes del trabajo original, como clculos termodinmicos hechos en la investigacin inicial y otros epgrafes que se han considerado de un inters bsicamente acadmico. En cualquier caso, se ha realizado una revisin de todo el conjunto para adaptarlo a un formato ms cmodo. Aunque ste sea un libro de divulgacin tecnolgica general, es conveniente que el lector posea un conocimiento mnimo de los elementos estructurales que integran las mquinas trmicas, as como del funcionamiento fsico de estos ingenios, pues a lo largo de la obra se hace referencia a numerosas invenciones y a sus mecanismos, dando por supuesto un conocimiento bsico de esta tecnologa.

1.2.

Planteamiento del trabajo

El objetivo de este libro es, como se ha sealado, realizar un anlisis tcnico y econmico de la evolucin histrica experimentada por las mquinas y los motores trmicos entre 1826 y 1914, empleando como hilo conductor las patentes presentadas en Espaa durante dicho periodo. En este trabajo se hace un estudio de las diferentes trayectorias tecnolgicas desarrolladas en ese campo tcnico, lo que permite analizar los avances conseguidos en dichas trayectorias. En este punto podran plantearse diversas cuestiones, por ejemplo: por qu hacer un anlisis referente exclusivamente a las mquinas y motores trmicos?, por qu li-

Captulo 1. Presentacin y objetivos

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mitar el estudio a dicho lapso temporal?, o por qu utilizar las patentes presentadas en Espaa como elemento de anlisis? A continuacin se intentar responderlas.

1.3.

Importancia tcnica del sector

El motivo de centrar el estudio en el campo tcnico de las mquinas y los motores trmicos se argumenta en primera instancia por la importancia de este sector tecnolgico. La trascendencia de las mquinas y motores trmicos se ha manifestado desde el siglo XVIII en mltiples facetas de la vida; desde un punto de vista de la ingeniera, la aparicin inicial de la mquina de vapor y despus los motores de combustin interna alternativos y las turbomquinas trmicas, gener el desarrollo tecnolgico real de la Ingeniera Trmica y Energtica. Con las primeras mquinas de vapor se comenz a fraguar una nueva trayectoria tecnolgica con la que el hombre ya no dependa de los procesos naturales para la obtencin de energa, consiguindose as un avance tecnolgico en la historia de la humanidad sin precedentes hasta esa fecha. Este hecho tuvo su importancia no slo en el desarrollo tcnico, sino que gener grandes cambios a nivel econmico y social. La influencia ejercida por esta rama tcnica ha quedado reflejada en los ltimos doscientos aos por las miles de personas que han dedicado su quehacer profesional en la disciplina de las mquinas y motores trmicos. Adems de la faceta tecnolgica, tampoco debe ignorarse la importancia econmica del sector objeto de estudio: el desarrollo de las mquinas y los motores trmicos propici un abastecimiento energtico revolucionario y un crecimiento econmico sin precedentes hasta ese momento, lo que hizo que este campo tecnolgico sentase la base de una nueva economa desde finales del siglo XVIII hasta el siglo XXI. Este hecho hace necesario dedicar un captulo completo en esta obra a la reflexin histrica sobre el papel desempeado por esta tecnologa en la economa espaola del siglo XIX y principios del XX. Aunque el mbito de estudio de este trabajo sean las patentes presentadas en Espaa durante ese periodo, se ha considerado necesario incluir en el estudio algunas patentes extranjeras que resultan fundamentales para comprender la evolucin tcnica experimentada por las mquinas trmicas. Por ello desde estas pginas se citarn patentes de personalidades tan insignes como Beau de Rochas, Brayton o Curtis que no registraron sus invenciones en Espaa.

1.4.

Periodo de anlisis

La justificacin del periodo considerado tambin es fcilmente comprensible. El 18 de agosto de 1824 S. M. el Rey Fernando VII dict una Real Orden mandando organizar un depsito de mquinas e instrumentos artsticos bajo la planta que se seala, cuyo establecimiento se titular Real Conservatorio de Artes. Casi dos aos despus (el 27 de marzo de 1826) fue promulgado un Real Decreto estableciendo las reglas y el orden

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con que se han de conceder privilegios exclusivos por la invencin, introduccin y mejora de cualesquiera objetos de uso artstico [Siz (1996), pp. 56-61]. Estos dos hechos suponen el inicio de la regulacin jurdica segn la cual cualquier ciudadano, residiese o no en Espaa, poda obtener la proteccin de las invenciones realizadas mediante los llamados privilegios reales, figura equivalente a las actuales patentes. El Real Conservatorio de Artes es uno de los antecedentes de la Oficina Espaola de Patentes y Marcas (OEPM), organismo autnomo del actual Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, encargada de tramitar las distintas modalidades de Propiedad Industrial que se otorgan en Espaa. Tal y como puede leerse en la pgina web del Archivo Histrico de la OEPM2, el origen remoto de esta institucin se encuentra en la Junta General de Comercio y Moneda, creada en 1679 con el objeto de favorecer el crecimiento econmico del pas, pues una de sus funciones era el anlisis de las invenciones para proponer al Rey la concesin de Reales Cdulas de Privilegio, monopolios temporales predecesores de las actuales patentes. Tambin debe sealarse como antecedente de la OEPM al Real Gabinete de Mquinas del Buen Retiro [Rumeu de Armas (1990)], fundado en 1792, y cuyo primer director fue Agustn de Bethencourt y Molina (1758-1824). Aunque el Gabinete cumpla una funcin distinta (en lo que a la concesin de privilegios reales se refiere) de lo que aos despus fue el Real Conservatorio de Artes, hay que resear la importancia que tuvo aqul como institucin precursora de ste, ya que en el Real Conservatorio de Artes se conservaba documentacin tcnica de toda clase, incluida aquella resultante de los antiguos y arbitrarios privilegios de invencin concedidos por el monarca. Del mismo modo, conviene sealar el elevado renombre y valor que tuvo la coleccin de modelos, planos y memorias relativas a ingeniera civil y mecnica que el Gabinete alberg, pues no en balde tambin acabara siendo el origen lo que a partir de 1802 fue la nueva Escuela de Caminos y Canales, primera de las Escuelas de Ingenieros de Caminos que se crearon en Espaa. Con el devenir de los aos se fueron produciendo cambios en el Real Conservatorio de Artes. El 4 de septiembre de 1850 se promulg el Real Decreto por el que se aprobaba el plan orgnico de la enseanza industrial en Espaa, a la vez que se creaba el ttulo de Ingeniero Industrial. Con este motivo se instaur el Real Instituto Industrial, entidad que aglutinaba al propio Real Conservatorio de Artes, como institucin encargada de la tramitacin y concesin de privilegios reales, y la Escuela Central de Industria, organismo encargado de impartir las enseanzas que permitan la obtencin del mencionado ttulo tcnico [Alonso-Viguera (1961), pp. 15-20]. Por tanto, en el Real Instituto Industrial se encuentra la semilla de la actual Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politcnica de Madrid (UPM). En 1887 el Real Conservatorio de Artes pas a llamarse Direccin Especial de Patentes, Marcas e Industria, ya desvinculado del Real Instituto Industrial, que dej de existir en 1867. En2 http://www.oepm.es buscando el hipervnculo del Archivo Histrico segn su URL en el mes de agosto de 2007, o en http://historico.oepm.es/archivohistorico/archivo.asp.


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1902 se denomin Registro de la Propiedad Industrial, y en 1992 se produce el, hasta la fecha, ltimo cambio de nombre: Oficina Espaola de Patentes y Marcas. As puede comprobarse el vnculo histrico existente entre las primeras Escuelas de Ingenieros espaolas (principalmente Caminos e Industriales) con las diversas instituciones que precedieron a la actual Oficina Espaola de Patentes y Marcas. Por tanto, 1826 es el ao en que empieza en Espaa la tramitacin de patentes de una forma regulada jurdicamente. Antes de esa fecha la concesin de patentes era una gracia del Rey, de ah el nombre de privilegios reales, denominacin inicial que mantuvieron las patentes espaolas hasta que la Ley de 30 de julio de 1878 cambi la designacin de privilegios reales por la de patentes [Siz (1996), pp. 93-99]. El Archivo Histrico de la OEPM conserva en sus fondos la documentacin relativa a las diversas modalidades de Propiedad Industrial tramitadas en Espaa desde 1826. Este hecho ha sido considerado fundamental para delimitar el inicio del estudio; sin embargo, a pesar de estas consideraciones y tal como aparece en el captulo 2, el anlisis de este trabajo empieza antes de 1826, concretamente en el siglo XVII, para abarcar las invenciones relativas a las primeras mquinas de vapor que probablemente no se registraron en Espaa por la inexistencia de un sistema estable de proteccin de las invenciones. Estas invenciones resultan imprescindibles para entender la evolucin histrica de las mquinas trmicas; por ello, aqu tambin se encuentran referencias a las mquinas de Savery, Newcomen y Watt, entre otros. El estudio planteado en este trabajo finaliza en 1914, fecha en que estalla la Primera Guerra Mundial, lo que supone un cambio tanto desde una concepcin histrica como econmica y tcnica. El conflicto blico propici un crecimiento tcnico en muchos campos, si bien esta evolucin tecnolgica permaneci a menudo en secreto hasta el fin de la guerra, lo que se refleja en un crecimiento espectacular del nmero de patentes a partir de 1920.

1.5.

Las patentes como fuente de informacin tecnolgica

Otra cuestin que cabe plantearse es por qu utilizar las patentes espaolas como hilo conductor de este trabajo. Si bien no es objeto de este estudio hacer una reflexin sobre las patentes espaolas en general o su evolucin histrica en el periodo considerado, s es recomendable hacer un breve apunte sobre el concepto de patente y sus implicaciones. De forma genrica puede decirse que una patente es un monopolio que ofrece una nacin a los inventores que han desarrollado una innovacin tecnolgica, siempre que sta haya sido plasmada en el correspondiente documento escrito (el documento de patente). Mediante este monopolio, cada Estado concede al titular de la patente la exclusividad de comercializar dicha invencin en su territorio durante un tiempo determinado, que normalmente est fijado en veinte aos. Hay que destacar que la patente slo tiene validez en el pas en que se solicita y posteriormente se concede. Aunque en

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la actualidad haya tratados internacionales que simplifican la solicitud y tramitacin de patentes en varios pases, la realidad es que a da de hoy la patente es una figura propia de cada nacin. Como contraprestacin a la concesin del monopolio, el titular de la patente comparte con la sociedad su conocimiento (pero no los derechos de comercializacin) sobre la innovacin tecnolgica aportada con su invencin. Este compartimiento se produce una vez que se publica el documento de patente, que describe de una forma tcnica las innovaciones aportadas. Con ello se pretende aumentar el acervo tecnolgico de la comunidad, para evitar que terceras personas realicen desarrollos ya hechos o dediquen recursos de I+D en cuestiones que ya son conocidas. La puesta en comn del conocimiento tecnolgico no debe entenderse como una violacin del derecho de patente, sino ms bien como su contraprestacin. La patente recompensa al inventor mediante el otorgamiento del monopolio, pero a cambio se debe poner en comn el know how desarrollado. En cualquier caso, y ante posibles violaciones de la patente, la legislacin defiende al titular de la patente de aquellos que infrinjan sus derechos. Actualmente, en la mayora de los pases, se exigen tres requisitos para que una invencin sea patentable: 1) La invencin debe ser nueva, entendiendo por novedad que el objeto de dicha invencin no est recogido previamente en ninguna forma por ningn tipo de documento pblico, como otras patentes, literatura cientfica o tcnica, conocimiento derivados de congresos o conferencia tcnicas, etc. De una forma genrica, esta idea se suele expresar diciendo que la invencin no puede est comprendida en el estado de la tcnica, siendo ste cualquier tipo de comunicacin pblica hecha en cualquier pas y en cualquier idioma. 2) La invencin debe tener actividad inventiva, es decir, la nueva invencin no debe inferirse de una forma evidente de dos invenciones ya conocidas, de manera que juntando dos (o ms) invenciones ya conocidas se obtenga la nueva invencin. En la realidad, la apreciacin de la actividad inventiva es una de las facetas ms difciles de evaluar en los problemas actuales que se presentan en las Oficinas de Patentes a la hora de tramitar y conceder patentes. 3) El tercer requisito de patentabilidad es el de aplicacin industrial; la invencin debe ser til en alguna industria o debe poder fabricarse; por ejemplo, presuntos mviles perpetuos, mecanismos que incumplen los principios de la Fsica y suelen infringir las dos primeras leyes de la Termodinmica, aunque sean nuevos y tengan actividad inventiva, no podran patentarse ya que no poseen aplicacin industrial, dado que su funcionamiento es imposible por infringir las leyes bsicas de la naturaleza. La exposicin planteada sobre el concepto de patentabilidad es una visin hecha desde el siglo XXI, y en buena parte algunos trminos, como el de la actividad inventiva, no estaban desarrollados cuando en Espaa apareci la primera legislacin de patentes en 1826. Sin embargo, la nocin de patente como recompensa por el desarrollo de


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una innovacin tecnolgica o la idea de novedad, ya eran evidentes en el nacimiento del sistema espaol de Propiedad Industrial. Otra caracterstica del sistema espaol de patentes del siglo XIX y principios del XX era la obligatoriedad de demostrar la puesta en prctica de la invencin, es decir, sta tena que llegar a materializarse y no poda quedarse en una mera idea. Las diversas legislaciones espaolas de patentes de esa poca regularon de varias maneras la forma de acreditar la puesta en prctica; en cualquier caso, puede apreciarse un cierto paralelismo entre dicho requisito y el exigido actualmente sobre aplicacin industrial. Una vez esbozadas estas cuestiones bsicas sobre patentabilidad, procede plantearse el inters del uso de patentes como fuente de informacin tecnolgica. En su Memoria de actividades 2001, la Oficina Espaola de Patentes y Marcas informa que no menos del 50% de las patentes contienen tecnologa no divulgada por otros medios [OEPM (2002), p. 35]; as puede entenderse fcilmente que las patentes presenten al menos una doble importancia como fuente de informacin tecnolgica. En primer lugar, y segn el propio argumento de la OEPM, porque ms de la mitad de las patentes presentadas difunden los conocimientos tecnolgicos que proponen nicamente a travs de la publicacin de la patente, no producindose una divulgacin tcnica por ningn otro medio. Si se considera que en el periodo de estudio (1826-1914) la divulgacin cientfica y tcnica tena una capacidad de impacto mucho menor que hoy en da, habida cuenta del inferior nmero de medios de comunicacin e informacin que los existentes actualmente, resulta fcil comprender la importancia de acceder a las patentes como fuente de informacin tecnolgica. En segundo lugar, la consulta de las patentes permite tener un acceso directo al pensamiento de los inventores; este hecho evita tener que consultar otras fuentes que podran no proceder directamente de los propios inventores, y que consecuentemente pudieran no estar contrastadas o contener elementos de informacin incompletos o incorrectos. La posibilidad de consultar la patente, cuyo contenido procede del solicitante, minimiza la propagacin de errores sobre su pensamiento inicial y permite asegurar un mayor conocimiento de la obra objeto de anlisis. Otra visin que igualmente debe considerarse es la validez de las patentes como fuente de informacin econmica. Desde el siglo XX han sido muchos los investigadores en el terreno de la Economa que han realizado estudios cualitativos y cuantitativos sobre el desarrollo econmico, usando como parmetros la informacin proporcionada por las patentes y otros elementos relacionados con los sistemas de proteccin de la Propiedad Industrial. Si bien el enfoque de este trabajo es eminentemente tcnico, se demostrar que de l pueden extraerse conclusiones de ayuda a los expertos de investigacin en el campo de la Historia Econmica.

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1.6.

Fuentes

En la investigacin realizada se ha comprobado que entre 1826 y 1914 se presentaron en Espaa aproximadamente unas 65.000 patentes3, de las cuales alrededor de 1.300 corresponden a mquinas y motores trmicos, es decir, un 2% del total de las solicitudes de la poca. Para encontrar las patentes de inters que son objeto de esta investigacin haba que idear un mtodo que permitiese obtener esta informacin sin consultar previamente y de manera individual cada expediente relativo a las patentes espaolas. Este mtodo fue variando segn distintas fechas del periodo 1826-1914, pero bsicamente se centra en el estudio de algunas fuentes indirectas como son: 1) la coleccin del Boletn Oficial de la Propiedad Industrial (BOPI), 2) los resumes anuales del BOPI, 3) la base de datos del equipo de investigacin del Archivo Histrico de la Oficina Espaola de Patentes y Marcas, dirigido por el Profesor Siz de la Universidad Autnoma de Madrid, y 4) los libros de registro de entradas de patentes. Una vez localizadas las patentes presentadas en Espaa entre 1826 y 1914 referentes a mquinas y motores trmicos, haba que proceder al estudio de sus memorias descriptivas. Para ello fue necesario estudiar fsicamente todos y cada uno de los documentos histricos, que en algunos casos se encontraban doblados y almacenados como legajos desde haca ms de cien aos. Los documentos de patentes ofrecen diversas informaciones que pueden considerarse bsicamente de dos tipos: documentacin administrativa e informacin tcnica. No slo se trataba de estudiar las memorias descriptivas de ndole tcnico, sino que tambin era necesario analizar la documentacin administrativa anexa para conocer otros datos como fecha de presentacin, solicitante de la patente o fecha de caducidad, por citar algunos de ellos. Si se considera que cada expediente tiene como media unas treinta pginas, resulta que durante esta investigacin se han estudiado ms de 40.000 pginas. A continuacin se harn algunas consideraciones sobre esta documentacin.

1.6.1.

Estudio de la documentacin administrativa

La documentacin administrativa de cada solicitud de patente tiene relacin con la duracin del monopolio asociado a la patente. La informacin administrativa es muy variada, y pueden distinguirse los siguientes elementos: a) Datos relativos al solicitante: nombre, distincin entre persona fsica o jurdica, profesin, domicilio y lugar de residencia.Fuente: elaboracin propia a partir de los datos existentes en la pgina web del Archivo Histrico de la Oficina Espaola de Patentes y Marcas, segn la URL asignada en el mes de mayo de 2004, http://www.oepm.es/internet/archivo_historico/historia.htm y segn los resmenes anuales del BOPI correspondientes al periodo 1903-1914, as como empleando la obra de Siz (1999).3


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b) Datos relativos al representante del solicitante. El solicitante de una patente poda presentar directamente la solicitud o bien hacerlo a travs de un representante, normalmente un Agente de la Propiedad Industrial. En este ltimo caso se acompaaba en el expediente una autorizacin por la que el solicitante delegaba su representacin ante la Administracin a dicho representante. c) Datos relativos a la documentacin aportada. En el momento de presentar una solicitud de patente era habitual acompaar una relacin de documentos que se presentaban para que quedara constancia de ello. Normalmente estos documentos eran: una instancia en la que se haca constar la peticin de una solicitud de patente con los datos del solicitante y la mencionada autorizacin a su representante si lo tena; datos sobre el derecho de prioridad4; tipo de patente solicitada (invencin, introduccin invencin importada del extranjero, o certificado de adicin sobre una patente ya solicitada); duracin del monopolio solicitado (de 5 a 20 aos segn la legislacin en vigor), y las diversas copias de la memoria descriptiva. d) Datos sobre la vida administrativa de la patente. La Administracin se encargaba de anotar en la solicitud las diversas incidencias administrativas que experimentaba la solicitud de patente desde su presentacin hasta la caducidad. Este seguimiento se haca escribiendo dichas incidencias administrativas en una hojas normalizadas que en la Oficina Espaola de Patentes y Marcas reciben el nombre coloquial de camisas; en estas camisas los funcionarios iban anotando de su puo y letra todas las incidencias administrativas por las que pasaba la patente hasta llegar a su caducidad. Por ello es importante el estudio de esta documentacin, pues a travs de ella se puede conocer la fecha de solicitud, fecha de concesin, fecha de puesta en prctica si la hubo, fecha de cesin si la hubo y fecha de caducidad de las diversas patentes, adems de otras posibles incidencias, como litigios. e) Datos sobre los pagos realizados. En los expedientes se encuentran los justificantes de los diversos pagos realizados para el mantenimiento de las patentes. Es necesario comprobar la existencia de estos justificantes, pues a veces en las camisas no se registraban adecuadamente los pagos de todas las anualidades, por lo que ha sido necesario comparar la informacin existente en dichas camisas con la de los diversos bonos de pago.

4 El derecho de prioridad fue instaurado en 1883 mediante el Convenio de la Unin de Pars (CUP). Segn este Convenio, cualquier nacional de un pas que hubiera suscrito el Convenio y que presentase una invencin en un pas de la Unin, dispona de un ao desde la fecha del primer depsito de su invencin para solicitar esa misma invencin en otro u otros pases de la Unin, gozando de prioridad frente a terceras personas que quisieran proteger invenciones similares despus de la fecha de dicho primer depsito. Sin embargo, para este sector tcnico analizado, se ha visto que las primeras peticiones de prioridad extranjera no se reivindicaron en Espaa hasta principios del siglo XX, es decir, casi veinte aos despus de la firma del CUP. Para ms informacin sobre el derecho de prioridad o el Convenio de la Unin de Pars, vase el texto sobre recopilacin de Leyes de la Propiedad Industrial de Toms de las Heras Lorenzo (2002), especialmente el artculo 4 del CUP, pp. 1050-1052.

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f) Datos sobre la puesta en prctica de la invencin. Uno de los requisitos legales exigidos para la concesin de la patente es que sta deba ponerse en prctica, es decir, la invencin propuesta no deba quedarse como un mero desarrollo terico, sino que el mecanismo o dispositivo descrito como invencin tena que materializarse y aplicarse en algn uso concreto. La puesta en prctica es, a priori, un elemento que permite determinar si las patentes propuestas llegaron realmente a estar en funcionamiento. Sin embargo se ha visto que, en algunos casos, la legislacin que exiga esta puesta en prctica daba una visin ambigua de dicho concepto, por lo que cabe pensar que no todas las acreditaciones que se hicieron sobre la puesta en prctica implicaban que la invenciones realmente existiesen ni que stas llegaran a funcionar. g) Otros datos. A veces aparece informacin diversa no contemplada en los anteriores puntos; la ms habitual se da cuando se produce la venta o transmisin de los derechos de patente, ya que en estos casos es habitual encontrar un documento notarial en el que se haga referencia a la nueva situacin de la patente, as como la identidad de sus nuevos titulares.

1.6.2.

Anlisis de la informacin tcnica

La informacin tcnica de las solicitudes de patente se encuentra en la memoria descriptiva, en la que se hace un desarrollo exhaustivo de la invencin para obtener su proteccin. Adems, la invencin consta de un ttulo en el que debe darse un mnimo de informacin sobre su contenido tcnico. La memoria descriptiva est integrada habitualmente por tres partes: 1) Descripcin. En ella se plantea el problema tcnico que la invencin pretende solucionar, a la vez que se detalla exhaustivamente el contenido y las caractersticas tcnicas de la invencin. La descripcin es un elemento eminentemente tcnico de la solicitud de la patente. 2) Reivindicaciones, nota reivindicativa o nota. Con estas tres denominaciones se hace referencia a la segunda parte del documento de patente. Una vez expuesto con detenimiento el contenido tcnico de la invencin, deben definirse cules son las aportaciones tcnicas que la invencin plantea frente al estado de la tcnica previo ya conocido, y que se desean proteger en forma de monopolio a travs de la patente, es decir, las reivindicaciones. stas son un documento jurdico-tcnico y en ellas se establece cul es el alcance legal de la proteccin solicitada, expuesto en caractersticas tcnicas. Las reivindicaciones deben contener fundamentalmente caractersticas tcnicas y han de estar fundadas en la descripcin. 3) Dibujos (opcionales). A diferencia de las dos anteriores, los dibujos son una parte de la memoria descriptiva de la patente que no tiene por qu existir siempre, aunque en el caso de las patentes objeto del presente estudio puede afirmarse que se dan en un porcentaje muy cercano al 100%. Los dibujos representan la informacin grfica


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de la explicacin tcnica expuesta en la descripcin, y permiten tener un concepcin visual ms completa de la invencin. Puede asegurarse que prcticamente la totalidad de las solicitudes de patentes relacionadas con el campo tcnico de la mecnica constan de algn tipo de dibujo. En este punto conviene destacar que hasta principios del siglo XX la mayora de los documentos que se presentaban eran manuscritos, por lo que muchas veces aparece una dificultad adicional en la lectura de la informacin administrativa y, especialmente, en la lectura y comprensin de las memorias descriptivas.

1.7.

Estructura de la obra

Adems de este primer captulo, el texto consta de otros cinco, presentando el ltimo de ellos unas breves conclusiones. El captulo 2 est destinado a revisar los inicios de las mquinas trmicas, empezando por las primeras mquinas de vapor alternativas. A su vez, este captulo est dividido en tres grandes apartados. En la primera parte del captulo 2 se hace una recopilacin de lo que se ha considerado como la prehistoria de las mquinas trmicas, periodo que abarca desde las primeras propuestas actualmente conocidas hasta la aparicin de la mquina de Newcomen. En este punto se revisan las mquinas para elevar agua del espaol Jernimo de Ayanz (1606), Thomas Savery (1698) y Denis Papin (1707), as como las mquinas de Newcomen (1712) y Watt (1769). Algunos de estos ingenios fueron patentados en el Reino Unido; por ello en esta parte aparecen referencias a las correspondientes patentes britnicas. En una segunda parte del captulo 2 se hace una revisin de las patentes solicitadas en Espaa ms relevantes sobre mquinas alternativas de vapor, dentro del periodo objeto de este estudio. Finaliza el captulo 2 con una tercera parte relativa a los primeros motores de aire, que enlaza con el siguiente captulo. Durante el siglo XIX fueron apareciendo, de forma paralela a las distintas mejoras conseguidas en las mquinas de vapor, las primeras mquinas de aire caliente, como los ingenios de Stirling y Ericsson. Posteriormente aparecieron los primeros motores de combustin interna, sin compresin previa, como los de Lenoir, Arbs, o el motor silencioso de Otto y Langen. Todas estas mquinas podran considerarse, empleando un smil evolutivo tecnolgico, como diversas mutaciones a partir de las primeras mquinas de vapor alternativas, que daran lugar a la aparicin de los motores de combustin interna en la segunda mitad del siglo XIX. El captulo 3 est dedicado a la evolucin de los motores de combustin interna alternativos. Este captulo se inicia con la figura de Beau de Rochas como padre del ciclo terico del motor de cuatro tiempos, analizando su patente francesa de 1862. Despus se estudia la figura de Otto y la Gasmotorenfabrik Deutz as como las diversas patentes que presentaron en Espaa, a la vez que se hace un estudio comparado de las diferencias existentes entre las patentes del primer motor Otto de cuatro tiempos en Espaa, Francia, Alemania y los Estados Unidos. Contina el captulo con un

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breve estudio de las patentes que Langen y Daimler, colaboradores de Otto en la Gasmotorenfabrik Deutz, presentaron en Espaa. Tambin se analizan las patentes que Diesel solicit en Espaa y se comparan las diferencias entre las primeras patentes de Diesel en varios pases, principalmente Espaa, Francia, Alemania, Reino Unido y los Estados Unidos. El captulo sigue con un estudio de algunas de las patentes presentadas en Espaa que se han considerado ms relevantes en el campo de los motores alternativos de combustin interna, ilustrndolas y haciendo comentarios al respecto. Despus de hace una revisin de las patentes espaolas de Marc Birkigt, ingeniero de la empresa Hispano-Suiza que fue orgullo de la industria espaola en los primeros aos del siglo XX; se ha considerado relevante hacer mencin a la figura de Birkigt debido a la importancia que tuvo la Hispano-Suiza en el desarrollo tecnolgico nacional. Termina el tercer captulo con la revisin de algunas patentes presentadas en Espaa durante los primeros aos de la dcada de 1910 referentes a motores de dos tiempos sobrealimentados, lo que muestra la existencia de estos ingenios antes del primer conflicto blico mundial. El cuarto captulo est dedicado a la que se ha considerado como tercera trayectoria tecnolgica de las mquinas trmicas: las turbomquinas. Su aparicin se produce a finales del siglo XIX con la turbina de vapor de Gustaf De Laval en 1883 y la de Parsons en 1884. El desarrollo tcnico experimentado en este campo fue muy rpido, surgiendo posteriormente otras turbinas como las de Rateau o Curtis. Tambin hubo intentos por conseguir turbocompresores rotativos, entre los que cabe citar los de Parsons y Rateau, as como turbinas de gas. Sin embargo, el desarrollo de estas turbomquinas se vio frenado por el limitado conocimiento existente en esas fechas sobre la Metalurgia y la Aerodinmica; hasta que estas ciencias no estuvieron lo suficientemente desarrolladas no se pudieron solucionar determinados problemas, como la entrada en prdida de los turbocompresores rotativos. A pesar de ello, no faltaron numerosas propuestas, en forma de patentes, sobre turbinas de gas. Finaliza el captulo con algunas propuestas de turbinas realizadas por los insignes ingenieros Nikola Tesla y Viktor Kaplan. Los captulos 2, 3 y 4 componen el ncleo central de esta obra, pero en el captulo 5 se pretende obtener adems algunos resultados que tambin sean tiles en el terreno de la Historia Econmica. Aunque este trabajo tiene una componente bsicamente tecnolgica, tambin puede realizar algunas aportaciones en el mbito histrico-econmico. No se tiene conocimiento que, hasta la fecha de edicin de la tesis doctoral que dio origen a este texto, se hubiera realizado ningn anlisis de tipo eminentemente tcnico basado en el estudio de la documentacin histrica de patentes de una nacin. Por tanto, este trabajo tambin podr emplearse para plantear algunas cuestiones tpicas en el campo de la Historia Econmica y responder con un ejemplo tecnolgico claro, como es el que ocupa este trabajo de investigacin, y que resulta de una importancia clave para entender algunas pautas del desarrollo econmico. Concretamente, se desea saber si de la evolucin que se detalla en esta obra es


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posible responder a determinadas cuestiones que interesan a los historiadores econmicos y que se pueden resumir en los siguientes puntos: 1) Anlisis estadstico de las patentes e influencia de la tecnologa en el desarrollo econmico nacional. En el captulo 5 se incorporan algunas estadsticas realizadas en el mbito de esta investigacin que permiten conocer la distribucin de las patentes por ramas tecnolgicas segn la agregacin hecha en los captulos 2, 3 y 4, los pases de residencia de los solicitantes de patentes (o la regin de residencia si habitaban en Espaa), as como determinar el nmero de patentes que caducaron por llegar al fin de su vida til. Se trata, en definitiva, de tener una visin general sobre la realidad de las patentes de mquinas trmicas en Espaa, relacionndola con el contexto econmico nacional. 2) La importancia de las instituciones. Destacados historiadores econmicos han planteado en numerosos trabajos la influencia que ejercen las distintas instituciones sobre los procesos econmicos. Aqu se intentar aportar luz a estas cuestiones, ofreciendo pruebas sobre si los sistemas de patentes, las legislaciones de patentes o los regmenes polticos (en definitivas, las instituciones) pueden influir en los procesos de innovacin y consecuentemente sobre la economa. Un ejemplo de cmo afrontar este anlisis es el siguiente: analizando algunos casos de patentes relevantes, se compararn las patentes que de una misma invencin se realizan en varios pases; en principio cabra pensar que esa misma invencin se debe corresponder con patentes iguales en los distintos pases donde se protejan. Desde estas pginas se estudiar si esto es as y, si no lo es, se intentar determinar por qu se producen estas diferencias entre los documentos de patentes, y se plantear si ello puede deberse a las influencias institucionales. 3) La aplicacin de las teoras de la denominada economa evolutiva para explicar los procesos de innovacin y cambio tecnolgico. En este punto se pretende analizar si tiene sentido y es posible plantear que unos desarrollos tecnolgicos determinados pueden ser condicionantes para desarrollos posteriores, de manera que exista una dependencia tecnolgica (path-dependence) entre una invencin y las posibles invenciones ulteriores o bien entre diversos campos tcnicos. 4) Invenciones radicales e invenciones incrementales. Algunos autores, como Mokyr (1990), han sealado que las invenciones pueden clasificarse segn dos grandes grupos: 1) aquellas que son completamente radicales y que abren nuevos campos tecnolgicos (macroinvenciones, segn Mokyr) y 2) las que suponen mejoras incrementales respecto de las anteriores (microinvenciones, segn Mokyr) y vienen a representar perfeccionamientos de una tecnologa ya existente. En definitiva, se trata de saber si, considerando el campo tcnico de las mquinas trmicas, se puede realizar claramente una clasificacin como la anterior, de manera que se vean invenciones radicales, que supongan una ruptura con el estado tcnico anterior, e invenciones incrementales que generan nuevos desarrollos a las invenciones ya conocidas. Si existe esta diferencia, cules son ms importantes, las invenciones radicales o las incrementales?

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5) Historia de la empresa. Se comportan las empresas como seres vivos, que evolucionan y se adaptan a las condiciones de su ambiente (su mercado, la sociedad en la que viven, el sistema poltico en que se desarrollan)? Se trata de comprobar en cierta manera si las ideas evolutivas planteadas en el punto 3 de este epgrafe tienen su continuacin en la empresa, utilizando para ello las patentes del sector tcnico de las mquinas trmicas. Si las empresas tienen unas determinadas estrategias a la hora de proteger sus invenciones en ciertos pases, y stas van cambiando con el tiempo, responden a algn criterio, o son caprichos difcilmente justificables? Aportan las patentes algn tipo de informacin a este respecto? El planteamiento que se ha hecho en estos cinco puntos ser desarrollado con ms detenimiento a lo largo del captulo 5. Aqu se ha querido hacer slo una breve exposicin, ya que a lo largo de los captulos 2, 3 y 4 se vern distintos casos reales de patentes de mquinas y motores trmicos que pueden dar respuesta a estas preguntas, y que se sistematizarn de una forma ms adecuada en el captulo 5. El texto finaliza con un eplogo a modo de conclusiones generales, que resume de forma genrica los principales puntos desarrollados a lo largo de la obra.

2.

EL NACIMIENTO DE LAS MQUINAS TRMICAS

La relacin del hombre con la ingeniera trmica es tan antigua como su vnculo con el fuego. A pesar de ello tuvieron que pasar miles de aos para que fuese posible obtener trabajo mecnico a partir de una mquina trmica. Aunque la sociedad en general tenga a James Watt como paradigma de la Revolucin Industrial, puede afirmarse que fue la mquina de Thomas Newcomen la que supuso un cambio radical en el estado de la tcnica de aquella poca; no obstante, hubo otros hombres antes de Newcomen que igualmente legaron su conocimiento tcnico a la posteridad. En este captulo se hace una revisin de las primeras mquinas de vapor. Sin duda, en ellas puede verse el inicio de la ingeniera termodinmica, aunque su desarrollo terico fue ms tardo, pues no fue hasta bien entrado el siglo XIX cuando Sadi Carnot public en 1824 el que probablemente deba ser considerado como primer texto de Termodinmica (vase la bibliografa). Desde estas pginas se analizan dos invenciones que pueden considerarse antecedentes de las primeras mquinas de vapor: los ingenios para elevar el agua del espaol Jernimo de Ayanz y del britnico Thomas Savery. A continuacin se hace un breve repaso de las mquinas de Papin, Newcomen y Watt para seguir con el estudio de algunas de las patentes ms relevantes presentadas en Espaa entre 1826 y 1914 relativas a mquinas alternativas de vapor. Finaliza el captulo con una revisin de los primeros motores de aire caliente, ingenios de transicin entre las mquinas de vapor alternativas y los primeros motores de combustin interna alternativos.

2.1.

La prehistoria de las mquinas trmicas: de la eolpila a la mquina de Newcomen

No resulta fcil establecer de manera clara y precisa cul fue el principio de las mquinas trmicas; sin embargo, ha sido aceptado generalmente considerar a las eolpilas egipcias como antecedentes lejanos de las primeras mquinas trmicas. Una eolpila era un dispositivo que constaba de una esfera hueca en la que haba dos tubos situados en extremos diametralmente opuestos. En el interior de la esfera se introduca agua, que se pona a hervir simplemente calentndola; el agua convertida en vapor sa-

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la de la esfera por los tubos anteriormente citados, que hacan de tobera de escape del vapor por lo que, a su salida del conducto, se produca la rotacin de la esfera (vase la figura 1). En cualquier caso no deben verse en las eolpilas ms que elementos con fines religiosos, ornamentales o ldicos, que estaban basadas en el principio de accin y reaccin de Newton; hasta la fecha se desconoce aplicacin prctica alguna de estos ingenios.

Figura 1.Recreacin de una eolpila

Debieron transcurrir ms de mil quinientos aos desde la existencia de las eolpilas hasta que apareci un nuevo ingenio basado en la aplicacin prctica de la ingeniera trmica. Desde estas pginas se propone una revisin de algunas mquinas, sin duda relevantes y quizs no completamente conocidas por expertos y aficionados, con la idea de fomentar su divulgacin y sin pretender cuestionar en ningn momento estos ingenios o el pensamiento de sus inventores.

2.1.1.

El antecedente espaol: la invencin de 1606 de Jernimo de Ayanz y Beaumont para la elevacin de agua y desage de las minas

El 1 de septiembre de 1606 el Rey Felipe III otorg a Jernimo de Ayanz y Beaumont una cdula de privilegio real (el antecedente de las actuales patentes) que le permita disfrutar del derecho exclusivo de unas cincuenta invenciones. Una de ellas era un ingenio de vapor para elevar el agua; dicho ingenio constaba de una caldera esfrica, llena de agua hasta ms de la mitad de su volumen y ubicada sobre un hornillo semiesfrico (figura 2).

Captulo 2. El nacimiento de las mquinas trmicas

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Figura 2.Esquema de la mquina de Jernimo de AyanzFuente: Garca Tapia (1990), Patentes de invencin espaolas en el Siglo de Oro, pgina 83.

El agua que se quera elevar se conduca por gravedad mediante sendas vlvulas antirretorno, (a) y (d), a dos depsitos de paredes gruesas. El vapor de la caldera (D) llegaba alternativamente a estos depsitos mediante las vlvulas (b) y (c). Al acceder el vapor a cada uno de estos depsitos, se consegua elevar una cantidad determinada de agua por la presin alcanzada al cerrar las vlvulas antirretorno. Este proceso poda regularse de forma continua abriendo y cerrando las vlvulas (b) y (c) de forma adecuada. La figura y obra de Jernimo de Ayanz y Beuamont, noble y militar navarro que vivi entre 1553 y 1613, ha sido descrita por el Profesor Nicols Garca Tapia, de la Universidad de Valladolid. El Profesor Garca Tapia es autor de una dilatada bibliografa sobre la vida y los trabajos de Ayanz. Tal como se indica en estos textos, Ayanz fue un inventor muy prolfico; prueba de ello son las ms de cincuenta invenciones que comprenda la cdula de privilegio real de 1606. En el verano de 1597 Jernimo de Ayanz fue nombrado por el Rey Felipe II Administrador General de las Minas del Reino [Garca Tapia (2001), pp. 124-130]; este hecho quizs pudo despertar en l la necesidad de solucionar la problemtica de la evacuacin de las aguas en las minas. De hecho, la mquina de Ayanz anteriormente descrita, realmente es una bomba para el achique de agua accionada por vapor; no es fcil su consideracin como una mquina trmica en el sentido actual de la misma. Sin embargo, en esta mquina puede verse un avance del estado de la ingeniera trmica si, tal y como se recoge en el texto de Garca Tapia (2001), pp. 229-234, este ingenio

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lleg realmente a ponerse en prctica. Ayanz tambin haba previsto la existencia de dos calderas en esta mquina, una funcionando y otra en espera, para disponer de vapor en forma continua [Garca Tapia (2001), pp. 218-219]; esta caracterstica era comn con la mquina de Savery, como se ver en el epgrafe siguiente. En otra configuracin se prevea un dispositivo con sucesivos depsitos, escalonados en altura, en los que se repetan las operaciones de llenado de lquido y suministro de presin mediante vapor; con ello se consegua la posibilidad de aumentar la cota de elevacin del agua, opcin que era necesaria si el agua a achicar estaba a una profundidad superior a los 10 metros. El texto completo de la cdula de privilegio real de Ayanz y su transcripcin pueden encontrarse en la obra de Garca Tapia (1990), pp. 109-256. A pesar de la utilidad que pudiera suponer esta invencin para su poca, todo indica que su vida y su xito comercial fueron muy limitados, por no decir nulos. En cualquier caso, se puede reconocer en la mquina de Ayanz uno de los primeros desarrollos tecnolgicos que obtena un trabajo de bombeo mediante un proceso trmico, y un esbozo de ingeniera trmica. El Profesor Garca Tapia expone [Garca Tapia (2001), pp. 242-244] que a pesar de los informes tcnicos favorables sobre sus invenciones, Ayanz no consigui el apoyo del soberano para explotar los yacimientos minerales del nuevo continente con ayuda de su mquina. Parece que hechos como stos influyeron en el nimo de Ayanz, por lo que abandon el cargo de Administrador General de las Minas del Reino para dedicarse a la explotacin particular de minas, aunque con xito muy exiguo. Desde una perspectiva histrico-econmica cabe preguntarse por qu esta invencin, que pudo suponer un avance en la explotacin minera de su poca, pas prcticamente sin ningn tipo de xito comercial. Quizs una hiptesis que pueda justificar esta nula repercusin tcnica pueda encontrarse en un inmovilismo tecnolgico asociado a la poca, hecho que pondra de manifiesto la importancia de las instituciones (en este caso un rgimen poltico basado en una monarqua absoluta donde los derechos de Propiedad Industrial estaban an lejos de ser reconocidos). El Profesor Garca Tapia plantea la posibilidad de que la mquina de Ayanz fuese conocida en la Inglaterra del siglo XVII por Edward Somerset, Marqus de Worcester, basndose entre otros hechos en el contenido tcnico de su texto [Somerset (1663), pp. 70-73]. En cualquier caso, no existen pruebas documentales que permitan asegurar estos hechos, sino que son hiptesis recogidas por el propio autor y otros expertos [Garca Tapia (2001), pp. 222-223 y nota 10]. La mquina de Ayanz no es el nico ingenio trmico que apareci en el siglo XVII; tambin existen diversas referencias a la mquina de vapor del italiano Giovanni Branca (1629), si bien parece que ste era un mecanismo parecido a una eolpila, pues constaba de una caldera en forma de cabeza humana que despeda vapor por su boca; el chorro de vapor serva para mover una rueda de labes [Garca Tapia (2001), p. 222, y Kirby et al. (1990), pp. 151-152]. No resulta factible estimar el posible impacto que hubiese tenido en la tcnica y la sociedad de principios del siglo XVII una invencin como la mquina de Ayanz. En cualquier caso la realidad histrica es que hasta que no apareci la mquina de Savery en


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1698 no se dieron unas condiciones (no slo tcnicas, sino tambin sociales y econmicas) que permitieran un nuevo desarrollo de otros ingenios de vapor.

2.1.2.

La patente de Savery de 1698 para el desage de las minas

Tradicionalmente se ha reconocido en la mquina de Savery a la primera de las mquinas de vapor, si bien en sentido estricto la mquina de Savery debe entenderse como una bomba para elevar agua accionada por vapor, en cierta manera similar a la de Ayanz. Probablemente, la importancia dada a la patente otorgada a Savery respecto a sus aos de duracin y privilegios concedidos (en detrimento de otras mquinas posteriores, como la de Newcomen), haya sido un factor predominante que explique la relevancia de dicha invencin. El 25 de julio de 1698 Thomas Savery obtuvo una patente en el Reino Unido (patente britnica GB 356 A.D. 1698) relativa a Maquinaria para elevar el agua, proporcionar movimiento a los molinos, etc.. La patente inicial de Savery era un documento eminentemente jurdico de cuatro pginas en el que prcticamente no se ofreca ninguna informacin tcnica. Esta patente tuvo un primer periodo de vigencia de catorce aos, si bien poco tiempo despus de la concesin Savery obtuvo una extensin de la duracin de su patente en veintin aos adicionales a contar despus de la fecha de expiracin de ese primer periodo de catorce aos; por ello el monopolio tuvo una duracin total de treinta y cinco aos. En la misma patente se argumenta que esta longeva duracin era debida a las mejoras realizadas por Savery en su mquina y por las expectativas que la invencin haba generado pues, segn el propio inventor, poda emplearse, entre otras aplicaciones, para el drenaje de las minas y el suministro de agua a las ciudades. El 22 de septiembre de 1701 Thomas Savery present una descripcin detallada de su invencin, as como unos dibujos de la misma. La figura 3 muestra el dibujo original de su mquina, tal y como aparece en la patente britnica GB 356 de 1698. De manera escueta, puede decirse que la mquina de Savery constaba bsicamente de una caldera principal L, auxiliada por otra caldera D, dos depsitos P1 y P2, as como una serie de conductos, vlvulas y llaves de mando. Savery describe en su patente el funcionamiento de su mquina que, de manera simplificada, se expone a continuacin. Las calderas suministraban vapor de forma continua a los dos depsitos P1 y P2 alternativamente; esos depsitos eran rociados exteriormente con agua, por lo que se produca su enfriamiento y consecuentemente una depresin en su interior. Esa depresin era aprovechada para succionar el agua que se deseaba elevar hacia los depsitos P1 o P2. Cuando el depsito P1 (o el P2) estaba lleno de agua, una masa de vapor procedente de la caldera presionaba el agua del depsito, expulsndola hacia arriba. La idea de tener dos depsitos P1 y P2 se justificaba por el hecho de tener uno de ellos operativo permanentemente, pues cuando uno se vaciaba, el otro se llenaba de agua.

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Figura 3.Dibujos de la patente britnica GB 356 A.D. 1698, de Thomas Savery. The Patent Office United Kingdom (TPOUK), Newport (Reino Unido)

Las tuberas y vlvulas de que constaba la mquina de Savery servan para la regulacin de su operacin. En otra obra del autor de este texto [Amengual (2004 a), pp. 160-163], aparece, adems de una explicacin ms detallada, un esquema grfico sobre el funcionamiento de la mquina de Savery. Se pueden encontrar semejanzas entre la mquina de Savery y la de Ayanz; ambas son bombas para elevar agua que emplean la presin del vapor generado en las calderas para aplicarlo al agua acumulada en un depsito. Sin embargo, la de Savery, a diferencia de la de Ayanz, aprovechaba el vaco generado por el enfriamiento del vapor para conseguir una primera succin de agua, expulsando a continuacin dicha agua en la siguiente fase del procedimiento mediante el empuje por el vapor. La mquina de Ayanz no empleaba esta succin, sino que dejaba que el agua se acumulase por gravedad en sus respectivos depsitos, para luego ser elevada por la accin del vapor a presin procedente de sus calderas. En la obra de Buckland (1986), puede encontrarse ms documentacin sobre la mquina de Savery.

2.1.3.

Los ingenios de Papin

Desde un punto de vista termodinmico actual, la catalogacin de las mquinas de Ayanz y Savery como mquinas trmicas es cuando menos controvertida, pues en sentido estricto el nico trabajo mecnico obtenido de ellas es el de bombeo. Adems,


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podra cuestionarse la actividad inventiva5 de la mquina de Savery a la vista de los conocimientos tcnicos de la poca. Como puede comprobarse, la diferencia entre la mquina de Savery frente a la de Ayanz radica en que aqulla realizaba la succin del agua mediante el vaco producido por el enfriamiento y condensacin del vapor, con lo que consegua unos pocos metros de elevacin. Y parece ser que la generacin de esa depresin ya era conocida por Papin unos aos antes de que Savery patentase su mquina en 1698. Tal y como apuntan Rolt y Allen (1977), p. 24, Denis Papin (discpulo de Christiaan Huygens) demostr entre 1690 y 1695 el principio en el que se basara aos ms tarde la mquina de Newcomen. Segn Rolt y Allen, Papin construy un cilindro cerrado, en cuya parte superior se dispona un mbolo mvil. En el interior del cilindro haba una cantidad de agua, de manera que si se pona el cilindro a calentar, llegara un momento en que el agua se convertira en vapor y el mbolo se elevara hasta alcanzar el extremo superior del cilindro. Si en ese momento cesaba el aporte de calor y el exterior del cilindro se refrigeraba con agua, el vapor se condensaba, producindose una depresin en el interior del cilindro y, por tanto, la posibilidad de crear un trabajo mecnico con el movimiento descendente del mbolo a expensas de la diferencia de presin con respecto a la atmosfrica. Sin embargo, Rolt y Allen piensan que probablemente este experimento slo qued en un juguete de laboratorio, pues Papin no fue capaz de superar las dificultades prcticas que se presentaron al realizar este dispositivo a escala industrial. A pesar de esas dificultades, todo hace sospechar que Papin continu con sus investigaciones. Rolt y Allen (1977), p. 28, tambin indican que en 1707 Papin present ante The Royal Society un proyecto de mejora a partir de la mquina de Savery (vase la figura 4). En ella, el agua a evacuar era introducida en la mquina por gravedad mediante el conducto GG, y de ah era conducida hacia el depsito NN; ello se consegua por el movimiento de un pistn FF, que flotaba sobre el agua, accionado por el vapor generado en la caldera AA. Como apunta Garca Tapia (2001), p. 225, esta mquina de Papin tena en comn con la de Ayanz que la alimentacin del agua a achicar se produca por gravedad, a diferencia del dispositivo de Savery en el que el agua a elevar llegaba a los depsitos por succin. En todo caso, parece que Papin no fue tan precavido como Ayanz y Savery, pues no lleg a patentar ninguna de sus invenciones. Por otro lado, la proximidad temporal con la mquina de Newcomen ha podido hacer caer este ingenio en el olvido.5 Se dice que una invencin tiene actividad inventiva si, para un experto en la materia, no deriva de una manera evidente del estado de la tcnica existente (recurdese la explicacion dada en el epgrafe 1.5, pg. 28). Para ms informacin sobre el concepto de actividad inventiva vase el Artculo 8 de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes, que puede encontrarse en el texto de Heras Lorenzo (2002), p. 378. Este concepto de actividad inventiva est inspirado en la definicin hecha en el artculo 56 del Convenio sobre Concesin de Patentes Europeas (o Convenio de Munich), de 5 de octubre de 1973, que tambin puede consultarse en el texto de Heras Lorenzo, p. 513. Para ms informacin sobre la actividad inventiva y su evaluacin a travs del denominado Problem Solution Approach vanse sendos artculos de Szabo, 1986 y 1995.

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Figura 4.Imagen de la mquina de vapor de Papin del ao 1707Fuente: GARCA TAPIA (2001), p. 224.

2.1.4.

La mquina de Newcomen

En 1712 el britnico Thomas Newcomen construy en Dudley Castle, Tipton, West Midlands, Reino Unido, una mquina apta para la extraccin de agua que competa con la de Savery. Segn se ha comentado en el epgrafe 2.1.2, la patente de Savery tuvo una duracin de treinta y cinco aos, es decir, su caducidad se produjo en 1733 extendindose la proteccin ms all de la invencin que ste realmente haba realizado, ya que el monopolio se concedi, en general, para una mquina que consegua la elevacin del agua usando la potencia del fuego. Ello impidi que Newcomen pudiera obtener una nueva patente por su invencin, por lo que se vio obligado a tomar acuerdos comerciales con Savery para poder explotar su mquina. ste falleci en 1715, fecha a partir de la cual Newcomen tuvo que negociar la explotacin de su invencin con los herederos de Savery, colaboracin que perdur hasta la expiracin de la patente. Dado que Newcomen muri en 1729, l nunca pudo explotar su invencin personalmente al margen de la de Savery. El funcionamiento de la mquina de Newcomen era el que se describe a continuacin, segn se comprueba de la observacin de la figura 5. La mquina constaba de una caldera que produca vapor a presin atmosfrica, vapor que se llevaba mediante una vlvula de admisin al cilindro existente encima de dicha caldera durante la carrera ascendente del pistn. Cuando el vapor llenaba el cilindro se cerraba su admisin mediante dicha vlvula y, a continuacin, se produca su condensacin mediante la inyeccin de un chorro de agua fra, lo que generaba un vaco en el interior del cilindro. En ese momento la presin atmosfrica actuaba sobre la parte superior del pistn (de ah el nombre que reciba la mquina de Newcomen como mquina atmosfrica), forzndolo a realizar la carrera descendente del mbolo; esta carrera descendente era la que produca el trabajo de la mquina, pues en su movimiento accionaba la subida del vstago de la bomba, lo que produca el movimiento de


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Figura 5.Esquema de la mquina de Newcomen de 1712 segn puede verse en un folleto de The American Society of Mechanical Engineers, obtenido de su pgina web, segn su URL del mes de agosto de 2004 http://www.asme.org/history/brochures/h070.pdf

achique del agua. Despus, el propio peso de dicho vstago haca que se elevase de nuevo el pistn, momento en el que se abra la vlvula del vapor y ste volva a llenar el cilindro, con lo que se completaba un nuevo ciclo. Fcilmente pueden comprobarse las diferencias existentes entre las mquinas de Savery y Newcomen; mientras aqulla careca de elementos mviles, sta tena un pistn encargado de producir el trabajo til. Tambin puede verse la similitud conceptual existente entre el mbolo ideado por Papin y el mbolo de la mquina de Newcomen, si bien la complejidad de la mquina de ste es mucho mayor que la del primer dispositivo de Papin. El mbolo de la segunda mquina de Papin actuaba directamente so-

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bre el agua a elevar, mientras que el mbolo de la mquina de Newcomen transmite el movimiento a un eje, lo que inicia la futura versatilidad de posibilidades que trae, pudiendo actuar en mecanismos muy diversos. Los lectores interesados en obtener informacin ms detallada sobre la mquina de Newcomen podrn encontrarla en el texto de Rolt y Allen (1977). La importancia de la mquina de Newcomen no queda limitada a una simple bomba para la elevacin del agua, sino que la existencia de su mbolo mvil la converta en una fuente de energa til para prcticamente cualquier tipo de aplicacin. Por tanto, desde una perspectiva econmica, la aparicin de esta mquina supuso la base de lo que sera no slo una nueva economa, sino tambin del nuevo orden social que conllev la Revolucin Industrial. Esta influencia no qued restringida slo a Inglaterra, ya que pronto se extendi por todo el continente europeo. Helguera y Torrejn (2001) explican en su estudio que la mquina de Newcomen tuvo una importante repercusin en Espaa, aunque quizs algo ms tarda con respecto a lo que ocurri en otros pases de nuestro entorno europeo. A la vista de las diferencias tcnicas entre las mquinas de Savery y Newcomen, resulta ms que cuestionable la sobreproteccin otorgada a la patente de aqul, lo que impeda que terceros pudieran proteger nuevas invenciones, como le ocurri a Newcomen. ste es un claro ejemplo de cmo una proteccin excesiva puede ser un contratiempo para el desarrollo tecnolgico, pues la patente de Savery cubra desarrollos no hechos por su inventor tal y como se ha visto en la pugna Savery-Newcomen. As pues, un marco de proteccin inadecuado (en definitiva la influencia de las instituciones) puede desfavorecer la evolucin tcnica.

2.1.5.

Las patentes de Watt: el condensador y la mquina de doble efecto

En 1769 se produjo una nueva revolucin en el terreno de la ingeniera trmica cuando a James Watt le fue concedida una patente en el Reino Unido que tena por ttulo Un nuevo mtodo para disminuir el consumo de vapor y de combustible en mquinas trmicas. El documento inicial de Watt (patente britnica GB 913 A.D. 1769) constaba de tres pginas, y en l no se acompaaba dibujo alguno (vase la figura 6). La proteccin dada inicialmente a la invencin fue de 14 aos; sin embargo en 1775 Watt present una adicin al documento de 1769, en la que no se hacan nuevas consideraciones tcnicas, sino que se ampliaba la proteccin de la patente en veinticinco aos adicionales desde esa fecha, es decir, su caducidad no

bielas y álabes 1826-1914

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