Thomas Savery (1650-1715) fue un ingeniero militar inglés, inventó la primera máquina de vapor para extraer el agua que inundaba las minas de carbón. A la máquina de Savery se le dio el nombre de la amiga del minero. Podía bombear el agua de una mina llenando un depósito con vapor a alta presión. El depósito tenía dos tuberías: una conectada a la caldera por la que le entraba el vapor y otra conectada al exterior. Cuando el depósito se llenaba de vapor y alcanzaba la presión deseada, se enfriaba rociándolo con agua desde fuera, entonces se condensaba el vapor de su interior lo que hacía que se creara un vacío, haciendo que el agua del depósito ascendiera por la tubería conectada al exterior.
Esta máquina presentaba dificultades importantes la primera era que sólo podía elevar agua hasta una altura aproxima a los diez metros, dado que entonces la presión de la columna de agua igualaba a la atmosférica. Para lograr elevar el agua a alturas mayores se recurría a una sobrepresión, pero la técnica y los materiales de la época no eran suficientemente resistentes y con frecuencia reventaban con riesgo de sufrir accidentes graves.
Thomas Newcomen (1663-1729), herrero de Dartmouth, solucionó este defecto; conocía sobradamente la máquina de Savery, puesto que reparaba y fabricaba piezas para sus máquinas. y diseñó una máquina que utilizaba vapor a menor presión que la de Savery, mejorando el diseño de éste. Una aportación fundamental fue la de aumentar la velocidad del proceso de condensación, mediante la inyección de agua fría dentro del cilindro, con lo que incrementó la potencia de la máquina.
La máquina de vapor de Newcomen se usó por primera vez en una mina de carbón en las Tierras Medias (Midlands) en 1712. En las Obras de Carbón de Conygree, poco más de un kilómetro del Castillo de Dudle. Las principales industrias de esa zona eran la minería del carbón y la de la piedra caliza.
La mejora fue notable, ya que esta máquina tenía la capacidad de extraer agua de una mina con cincuenta metros de profundidad, algo impensable hasta entonces.
Como la profundidad de las minas estaba comprendida entre los 30 y 50 metros, se puede afirmar que, si la potencia de las máquinas de drenaje a vapor no hubiera progresado, la industria minera de Gran Bretaña, probablemente, se habría parado y los costes de explotación habrían terminado por acabar con ella. La máquina de vapor de Newcomen fue la solución, podía aspirar unos cinco mil galones (alrededor de 20 m3) de agua por hora de una mina de ciento cincuenta pies de profundidad (46 m).
Tanto el motor de la máquina de vapor de Savery como el de la máquina de Newcomen eran motores atmosféricos. Ambas creaban el vacío en un depósito a base de enfriar vapor de agua. El motor atmosférico de Newcomen era más eficiente que el de Savery, aunque también era necesario quemar mucho carbón calentarlo, no obstante, como funcionaba en minas de carbón, no era un problema.
La diferencia entre ambas maquinas estaba en que, mientras en la máquina de Savery era el propio vacío del depósito el que absorbía el agua de la mina, el motor de Newcomen consistía en una caldera conectada a un cilindro por el que se deslizaba un el pistón y el vástago del pistón estaba conectado a una pesada viga de madera (o balancín) que oscilaba sobre rodamientos de apoyo situados en una pared especialmente reforzada.
El balancín (cuyos extremos designaremos con A y B) oscilaba, gracias a la fuerza del vapor y a la presión atmosférica, de la siguiente forma:
Cuando se llenaba el cilindro vacío con el vapor caliente de la caldera, el pistón empujaba un extremo del balancín (el A) hacia arriba, luego, cuando el cilindro se enfriaba por el agua inyectada dentro de él, el cilindro perdía presión y se vaciaba, entonces el extremo A bajaba por la presión atmosférica y obligaba al pistón a bajar, a la vez que el extremo B del balancín subía; el cilindro se volvía a llenar de vapor y se repetía el ciclo de oscilación. En cada oscilación, el extremo B del balancín, accionaba una bomba alternativa que extraía el agua de la mina.
Las aportaciones de Newcomen a la máquina de vapor fueron fundamentalmente empíricas, propias de un mecánico artesano y fruto de la habilidad, de la experiencia y de los conocimientos adquiridos mientras fabricaba componentes para las bombas de Savery.
El hecho de que el sistema de bombeo de Newcomen echara mano de diferentes técnicas y no se limitara exclusivamente a aplicar como fuerza motriz los fundamentos teóricos derivados de la producción y empleo del vapor, hizo que las sucesivas máquinas que se construyeron tuvieran diseños y rendimientos muy diferentes, dependiendo de los diferentes componentes que lo conformaban.
Tanto la máquina de Savery como la de Newcomen tenían una limitación en cuanto a su rendimiento. En ambas era necesario sucesivamente enfriar el cilindro para producir vacío y volverlo a calentar para producir presión. Calentar y volver a enfriar sucesivamente el depósito provocaba roturas del mismo, además de suponer una pérdida energética que hacía que el rendimiento de las máquinas fuera mejorable. Ese trabajo los consiguió James Watt (1736-1819), pero los avances tardaron más de medio siglo en llegar.
