Cum a ajuns James Watt omul care a schimbat mașina cu abur

În 1763, la Universitatea din Glasgow, un model de mașină cu abur abia mai funcționa, chiar și după reparații. Pentru mulți, ar fi rămas doar un obiect capricios, bun de peticit. Pentru James Watt, aceasta a fost începutul unei întrebări care i-a ocupat anii, banii și liniștea: unde se pierde puterea aburului?

Răspunsul nu a venit repede. A urmat după experimente, încercări nereușite și după o observație care părea simplă, dar care a schimbat totul. În mașinile de tip Newcomen, cilindrul era încălzit și răcit repetat. Aburul încălzea, apa rece condensa, iar o mare parte din energia termică se risipea în acest proces. Watt a înțeles că aici se afla principala slăbiciune a mașinii.

Din acest punct, povestea lui nu mai este doar cea a unui meșteșugar priceput, ci a unui om care a văzut limpede ceea ce alții foloseau fără a putea schimba în profunzime. Îmbunătățirea pe care a imaginat-o, camera separată de condensare a aburului, a dus mașina cu abur într-o altă epocă. De atunci, numele lui James Watt avea să fie legat de mecanica Revoluției Industriale.

Drumul spre atelierul din Glasgow

James Watt s-a născut la 19 ianuarie 1736, la Greenock, în Scoția. Și-a terminat studiile la Londra, unde a început activitatea de fabricant de instrumente matematice. S-a întors apoi în Scoția, la Glasgow, și a devenit fabricantul instrumentelor matematice folosite de Universitatea din Glasgow.

Locul acesta a contat enorm. Înainte de a intra în istorie prin mașina cu abur, Watt era omul instrumentelor precise, al metalului lucrat cu grijă, al reglajelor fine. La universitate, repara și întreținea instrumente științifice și lucra într-un mediu în care întrebările practice se întâlneau cu cele științifice.

Interesul său pentru abur a prins contur treptat. În 1759, prietenul său John Robison i-a atras atenția asupra folosirii aburului ca sursă de putere. Mașina lui Newcomen era deja utilizată de aproape 50 de ani pentru pomparea apei din mine, fără să se fi modificat prea mult. Watt a început să experimenteze, deși nu văzuse încă o astfel de mașină în funcțiune. A construit un model care nu a funcționat satisfăcător, dar nu s-a oprit. A continuat să citească și să încerce.

În această perioadă, înțelegerea fenomenelor termice era încă primitivă. Watt a ajuns să înțeleagă importanța căldurii latente în funcționarea motorului cu abur. Această acumulare de observații și cunoștințe a contat decisiv atunci când, în 1763, i s-a cerut să repare modelul de mașină Newcomen al universității.

Momentul în care a văzut risipa

După reparație, modelul tot abia funcționa. Watt a început să-l studieze atent. Din multe experimente a rezultat o concluzie clară: aproximativ trei sferturi din energia termică a aburului se consuma pentru a încălzi cilindrul la fiecare ciclu. Apoi, mai târziu în același ciclu, apă rece era injectată în cilindru pentru a condensa aburul și a-i reduce presiunea. Mașina încălzea și răcea mereu aceeași piesă. Energia se pierdea înainte de a se transforma în lucru mecanic util.

În mai 1765, Watt a ajuns la ideea decisivă. Soluția era ca aburul să fie condensat într-o cameră separată, nu în cilindrul principal. Astfel, cilindrul putea fi păstrat la aceeași temperatură cu cea a aburului injectat, iar risipa de energie scădea radical. În același an a avut un model funcțional.

Acesta a fost marele moment de cotitură. Watt nu inventase mașina cu abur, dar îi descoperise problema principală și îi găsise tratamentul. Noua soluție făcea motorul mai puternic, mai eficient și mai avantajos din punctul de vedere al costului.

În 1769 a apărut camera separată de condensare a aburului. Era începutul unei transformări fundamentale pentru schimbările aduse de Revoluția Industrială în Marea Britanie și în restul lumii.

Anii grei ai unei idei mari

O idee bună nu devenea automat o mașină bună. După modelul reușit, dificultățile au rămas mari. Construirea unui motor la scară mare cerea bani, materiale și o execuție de mare precizie. Watt a primit sprijin de la John Roebuck și a lucrat la perfecționarea mașinii sale lângă Kinneil House, într-o casă aflată în apropiere.

Problema principală era prelucrarea pistonului și a cilindrului. Mașina lui Watt avea nevoie de un piston etanș la aer. S-a cheltuit mult capital pentru obținerea brevetului, iar lipsa de resurse l-a obligat pe Watt să lucreze timp de 8 ani, mai întâi ca topograf, apoi ca inginer civil.

A urmat o lovitură dură: Roebuck a dat faliment. Drepturile asupra brevetului au fost preluate de Matthew Boulton, proprietarul Soho Manufactory de lângă Birmingham. În 1775, brevetul a fost prelungit până în 1800. Pentru Watt, acesta a fost momentul în care o invenție amenințată de lipsa banilor a găsit sprijinul necesar pentru a deveni întreprindere.

Parteneriatul cu Boulton, început în 1775, a fost unul dintre marile parteneriate ale epocii. Cu acces la unii dintre cei mai buni lucrători în fier, problema cilindrului mare și a pistonului bine ajustat a fost rezolvată de John Wilkinson, care dezvoltase tehnici de alezare de mare precizie.

În 1776, primele motoare au fost instalate și puse la lucru în întreprinderi comerciale. Erau folosite pentru a acționa pompe și produceau doar mișcare alternativă, potrivită pentru pomparea apei. Succesul a fost imediat, de ordin practic. În următorii ani, Watt a fost foarte ocupat să instaleze alte motoare, mai ales în Cornwall, pentru a scoate apa din mine.

Aceste mașini erau mari. Prima, de pildă, avea un cilindru cu diametrul de 50 de inci și o înălțime totală de aproximativ 24 de picioare. Avea nevoie de o clădire proprie. Boulton și Watt cereau o plată anuală egală cu o treime din valoarea cărbunelui economisit în comparație cu o mașină Newcomen care făcea aceeași muncă. Formula spune mult despre epocă: avantajul noii mașini nu era o abstracție tehnică, ci economie măsurabilă.

De la pompare la mișcare

Un alt prag trebuia trecut. Mașina cu abur devenea eficientă numai dacă putea face mai mult decât să pompeze apă. Matthew Boulton l-a împins pe Watt să transforme mișcarea alternativă a pistonului în mișcare de rotație, utilă pentru măcinat, țesut și alte activități.

Din această nevoie au apărut noi îmbunătățiri. În 1781, Watt și Boulton au ocolit un brevet existent prin angrenajul de tip „sun and planet”, un sistem de convertire a mișcării verticale în mișcare de rotație. În sursa românească, acest angrenaj este legat de colaborarea lui Watt cu inventatorul scoțian William Murdoch.

În 1782, Watt a realizat o mașină cu dublă acțiune, în care aburul acționa alternativ pe ambele părți ale pistonului. În anii aceștia au venit și alte perfecționări care au făcut mașina mai ușor de fabricat și instalat.

În 1788, a apărut regulatorul centrifugal adaptat la mașinile sale cu abur, regulatorul de turație al mașinii cu abur. Acest dispozitiv ținea motorul sub control și împiedica funcționarea sa necontrolată. Împreună, aceste îmbunătățiri au dat un motor de până la cinci ori mai eficient din punctul de vedere al combustibilului decât mașina Newcomen.

Watt a fost prudent în privința aburului de înaltă presiune. Din cauza pericolului de explozie al cazanelor și a problemelor continue cu scurgerile, toate motoarele sale foloseau abur la o presiune apropiată de cea atmosferică. Prudența aceasta arată încă o dată stilul său: nu al improvizației spectaculoase, ci al îmbunătățirii calculate și controlate.

Tot Watt a introdus unitatea de măsură numită cal putere, pentru a compara puterile diferitelor mașini cu abur ale timpului. Era echivalentul ridicării a 550 livre într-o secundă, adică aproximativ 735,5 watt.

Brevetul, procesele și lupta pentru control

Drumul de la invenție la succes nu a însemnat doar metal, calcule și montaje. A însemnat și procese. Odată ce mașina s-a dovedit valoroasă, au apărut și imitatorii, și contestatarii.

Edward Bull construia motoare pentru Boulton și Watt încă din 1781. Până în 1792, începuse să facă propriile sale motoare, cu condensator separat, încălcând astfel brevetele lui Watt. Frații Jabez Carter Hornblower și Jonathan Hornblower Junior construiau și ei motoare. Alții modificau mașinile Newcomen adăugând un condensator. Proprietarii de mine din Cornwall au ajuns să creadă că brevetul lui Watt nu poate fi impus. Au început să oprească plățile către Boulton și Watt.

Până în 1795, situația devenise grea. Din totalul de 21.000 de lire datorate, fuseseră primite doar 2.500. Watt a fost silit să meargă în instanță. Primul proces împotriva lui Bull a început în 1793. Juriul i-a dat dreptate lui Watt, dar problema validității specificației brevetului a rămas pentru un alt proces. Procesele au costat mult, atât în bani, cât și în timp, dar până la urmă firma a avut câștig de cauză.

Acest episod spune mult despre lumea nouă care se forma. Mașina cu abur nu mai era doar o invenție, ci proprietate intelectuală, investiție, sursă de conflict și miză economică majoră. Watt, care prefera ideile și atelierul, a trebuit să învețe și lupta pentru drepturile asupra propriei creații.

Birmingham, Lunar Society și alte căutări

Watt s-a mutat în Anglia, la Birmingham. Aici a intrat în Lunar Society, un club științific format din inventatori. A fost un membru important al acestui cerc și un om respectat de alte figuri proeminente ale Revoluției Industriale. În acest mediu, invenția nu era un accident izolat, ci parte a unei conversații mai largi despre știință, industrie și aplicație practică.

Parteneriatul Boulton and Watt a fost în cele din urmă un mare succes, iar Watt a devenit un om bogat. În 1795 a fost cumpărat un teren pe malul Birmingham Canal pentru o turnătorie nouă, destinată fabricării motoarelor. Soho Foundry s-a deschis oficial în 1796. În 1800, anul retragerii lui Watt, firma realizase în total 41 de motoare.

Watt nu s-a limitat la mașina cu abur. Înainte de 1780, a observat că nu exista o metodă bună pentru copierea scrisorilor și desenelor. A dezvoltat un procedeu de transfer al cernelii pe o altă foaie subțire, a făcut numeroase experimente și a brevetat procesul în 1780. Afacerea a fost organizată într-o altă firmă, James Watt and Co., și a avut succes comercial, fiind folosită în birouri până în secolul al XX-lea.

A fost interesat și de chimie. A făcut experimente legate de obținerea clorului și de albirea textilelor și a colaborat cu James McGrigor. A lucrat și la aparate pentru producerea, curățarea și depozitarea gazelor destinate Pneumatic Institution de la Hotwells, în Bristol. Dar niciuna dintre aceste căutări nu a avut importanța muncii sale asupra mașinii cu abur.

Portretul care se desprinde din surse este al unui om care unea cunoașterea teoretică și aplicarea practică. Humphry Davy spunea despre el că cei care îl văd doar ca pe „a great practical mechanic” greșesc profund, pentru că a fost „equally distinguished as a natural philosopher and a chemist”.

Those who consider James Watt only as a great practical mechanic form a very erroneous idea of his character; he was equally distinguished as a natural philosopher and a chemist, and his inventions demonstrate his profound knowledge of those sciences, and that peculiar characteristic of genius, the union of them for practical application

Watt era însă un om dificil de așezat în clișeul inventatorului triumfător. Era un om adesea îngrijorat de finanțe, cu sănătate șubredă, cu dureri de cap frecvente și cu aversiune față de negociere. Într-o scrisoare din 1772, mărturisea că mai degrabă ar înfrunta un tun încărcat decât să încheie un cont sau să facă o învoială.

Ultimii ani și urma lăsată în lume

Watt s-a retras în 1800, în același an în care au expirat brevetul său fund