La primera realización de una máquina de vapor fue la máquina de fuego, empleada para bombear agua y caracterizada por no tener mecanismos móviles, patentada el 25 de julio de 1698, presentada a la Royal Society en 1699 y construida en 1702 por Thomas Savery (Shilston 1650 - 1715. La segunda fue la construida diez años después por el plomero y vidriero de Dartford John Calley según los planos y especificaciones de su conciudadano Thomas Newcomen (Dartmouth 1663 - 1729), herrero y predicador. Cuando tenía casi 40 años, Newcomen empezó a estudiar la máquina de Savery, y como éste ya tenía el privilegio de invención, él y Calley se pusieron de acuerdo con Savery para una nueva patente conjunta, que obtuvieron en 1705. Newcomen, a pesar de los consejos en contra del gran físico Robert Hooke, decidió usar por primera vez el cilindro y el émbolo propuesto por Papin, a diferencia de la máquina de Savery, que trabajaba con dos recipientes y un juego de válvulas, y enfriar el vapor introduciendo agua en el cilindro, en vez de hacer circular el agua por el exterior del recipiente como hacía Savery, figura 5 de Chacón, identificación 6. El uso del émbolo abría las puertas a una verdadera máquina, con posibilidad de producir trabajo y no solo de bombear agua. Estas máquinas se caracterizaron desde un punto de vista termotécnico, por operar con el vacío producido por el vapor, según la idea de crear el vacío condensando vapor, avanzada en 1681 con su marmita para hacer caldo, por Denis Papin, quien también propuso más tarde una máquina Nuevo modo de producir con pequeño gasto de fuerzas unos movimientos sumamente considerables (en latín) Acta Eruditorum, Leipzig, 1690. Esto, hizo que bastase utilizar vapor sin sobrepresión. Así, Newcomen y Calley utilizaron una holla vieja de una cervecera. Sin embargo, en la máquina concebida inicialmente, el enfriamiento del cilindro se efectuaba por el exterior y para impedir escapes la parte superior del émbolo estaba revestida de cuero y cubierta de agua procedente del depósito, a fin de tener un buen cierre. Durante unas pruebas del prototipo, Newcomen y Cawley vieron que el émbolo se movía con mucha mayor rapidez que de costumbre. Intrigados, examinaron el dispositivo y vieron que el émbolo tenía grietas por donde se filtraba el agua de sello al cilindro, lo que favorecía una condensación mucho más rápida. En la primera máquina industrial, en las minas de carbón de Duley Castle ya se incorporaba el artificio para la condensación por contacto. Esta máquina tenía unas dimensiones considerables, pues el cilindro tenía 533 mm de diámetro y 2,4 m de altura. Realizaba 12 carreras por minuto y era capaz de elevar 189 litros de agua desde una profundidad de 47,5 m . Las máquinas de Newcomen tuvieron gran éxito y en 1729 ya se usaban en Alemania, Austria, Bélgica, Francia, Hungría y Suecia. En 1750 llegó a las colonias americanas, la primera para una mina de cobre en Newark y en 1774 se instaló en Kronstadt, para vaciar los diques de varada en la nueva base naval de Catalina la Grande de Rusia. Su robustez era tal que la última máquina desmantelada lo fue en 1934, en Parkgate, después de más de un siglo de funcionamiento. En España se instalaron las primeras máquinas, también para bombear diques, en los Arsenales del Ferrol y de La Carraca (Cádiz), existiendo planos de las mismas de 1813. La tercera ya fue la culminación de la máquina de vapor atmosférica, la de James Watt construida más de medio siglo después de la de Newcomen (en 1765), pero también pensada inicialmente para la extracción de agua de las minas de carbón británicas, inundadas por el agua subterránea. Este tercer tipo de máquina, fue fruto de la primera aplicación práctica del conocimiento del calor latente descubierto por Joseph Black (Burdeos 1728 - Edimburgo 1799) catedrático de medicina de la Universidad de Glasgow; en 1762. La efectuó el escocés James Watt (Greenok 1736 - 1819), también en la Universidad de Glasgow. Watt provenía de una familia de maestros, fabricantes de instrumentos y contratistas. Tenía una educación clásica completa y destacó en geometría. A los diecisiete años fue enviado a Glasgow para trabajar como aprendiz en la fabricación de instrumentos matemáticos. Cuando tenía veintiún años intentó establecer su propio taller, pero el gremio de forjadores se lo impidió, fundándose en que no había completado su aprendizaje. Un amigo de su familia vino entonces en su ayuda, consiguiéndole un puesto de fabricante de instrumentos matemáticos en la Universidad de Glasgow. Se hizo amigo de Joseph Black, para ese entonces sumergido de lleno en sus estudios experimentales sobre el calor, y de otros catedráticos de filosofía natural (ciencias físicas). Dada su competencia, el cuerpo de catedráticos de la Universidad lo respetaba y lo trataba como a un igual. Su interés en la ciencia se extendió a la química, llegando a ser íntimo amigo de Priestley, atribuyéndose a Watt el haber descubierto, antes que Cavendish, la composición del agua. Estudió alemán e italiano para poder leer los trabajos originales de mecánica teórica y otras ciencias. A los cuarenta y ocho años fue designado miembro de la Royal Society de Edimburgo, y, un año más tarde, la Royal Society de Londres le confirió el mismo honor. En 1806 recibió el título de Doctor en Leyes por la Universidad de Glasgow. En 1764, en el taller de la Universidad. donde Watt efectuaba las reparaciones de los instrumentos científicos de la misma, Black encomendó a Watt que arreglase una vieja máquina de Newcomen que pertenecía a la Universidad. Las máquinas de Newcomen más modernas fueron adquiriendo todavía mayor tamaño y reemplazaron los delgados cilindros de bronce por cilindros de fundación más gruesos y pesados. En cada nuevo modelo se requería más vapor durante la carrera ascendente del émbolo puesto que el cilindro más pasado necesitaba más calor para alcanzar la temperatura del vapor. Por otra parte, hacía falta más agua para enfriar el cilindro al condensar el vapor en la etapa de la carrera descendente del émbolo. Watt se percató de este problema pero para solucionarlo necesitaba información experimental sobre los calores específicos de los materiales y las propiedades del vapor, especialmente los calores latentes de vaporización y de condensación (en aquella época no era claro que fuesen iguales ya que no lo demostraron Laplace y Gay-Lussac hasta 1780. Puesto que poca de la información disponible era digna de confianza, empezó por determinar él mismo estas propiedades físicas con la mayor exactitud que le permitía el equipo experimental con que contaba. Luego, sobre la base de estos datos originales y mediante balances de materia de calor (calórico), calculó que la cantidad de vapor que se requería para operar la máquina, que era la que se necesitaba para llenar el cilindro, más la cantidad adicional para calentar las paredes del cilindro enfriadas, el agua acumulada que quedaba en el cilindro y el agua que constituía el cierre sobre la parte superior del cilindro, teniendo que ser todo ello calentado hasta la temperatura del vapor entrante por medio del calor latente de condensación. Calculó que a esta cantidad había que agregar además, el vapor que se utilizaba en expeler el agua y el aire a través de la válvula de desagote U, en la figura de Chacón, en la etapa de la carrera ascendente del émbolo.
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