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La rivoluzione industriale

La macchina di Watt


Il passo decisivo verso la produzione di energia per mezzo del vapore fu compiuto da James Watt. La sua idea fu quella di separare condensatore e cilindro, che nella macchina di Newcomen coincidevano, e di tenere a temperatura costante il cilindro, isolandolo dall'ambiente circostante per mezzo di una camicia di legno.

La prima macchina sperimentale fu costruita nel 1765, e nel 1769 fu richiesto un brevetto per "un nuovo metodo per diminuire il consumo di vapore e di combustibile nelle macchine a vapore". La macchina a vapore venne in seguito sottoposta ad importanti migliorie.

 




Testo

Nella macchina di Watt (che funzionava con vapore a bassa pressione) agivano contemporaneamente due forze: la pressione atmosferica (che poteva manifestarsi grazie alla depressione creata dalla condensazione del vapore) e la pressione del vapore (sia pure modesta). Gli storici, a seconda che intendano sottolineare la continuità di Watt con la tradizione precedente oppure il suo ruolo di iniziatore di una nuova epoca, insistono sull'uno o sull'altro elemento tecnico: chi intende presentarlo semplicemente come colui che ha migliorato la macchina di Newcomen insiste sul condensatore separato, che rappresenta il miglioramento essenziale dal punto di vista termodinamico delle macchine precedenti; chi invece vuole sottolineare il suo ruolo di innovatore mette in rilievo l'intuizione di far arrivare il vapore anche sopra lo stantuffo.

 

Macchina Watt


A partire dal 1774 si cominciarono a vendere numerosi esemplari della nuova macchina: il grande vantaggio che essa presentava erano i consumi ridotti (circa un terzo rispetto alle macchine di Newcomen), che la fecero diffondere inizialmente nelle miniere di stagno della Cornovaglia, dove il prezzo del carbone era elevato.

La macchina a vapore non riuscì a soppiantare immediatamente le ruote ad acqua. Prima di tutto essa richiedeva un investimento consistente. In secondo luogo era difficile procedere con la precisione necessaria alla sua costruzione. Infine non esisteva ancora personale tecnico in grado di farla funzionare a dovere.

Per risolvere questi problemi ebbe grande importanza la progettazione e realizzazione, da parte dell'industriale John Wilkinson (nella cui fabbrica era stata montata una delle prime macchine) di un tornio speciale per alesare i cannoni (cioè per allargarne e rifinirne il lato interno della canna): un progetto che consentì di raggiungere la precisione costruttiva necessaria per la realizzazione dei cilindri.
La macchina di Watt si diffuse comunque rapidamente: nel 1800 se ne contavano quasi 500 esemplari. Se infatti la potenza media di queste macchine (circa quindici cavalli vapore) non superava quella dei mulini ad acqua in uso all'epoca, la loro vera superiorità consisteva nel fatto di essere svincolate da una fonte di energia incostante e molto localizzata come l'acqua.

 Macchina a vapore di Watt

La macchina qui sopra è una Boulton & Watt costruita nel 1817 e utilizzata nelle

acciaierie Grazebrook di Netherton, nelle Midlands. Attualmente è stata rimontata a Birmingham.

© Copyright Chris Allen and licensed for reuse under this Creative Commons Licence

 

Animazione

La bellissima animazione qui a sinistra è stata realizzata dal prof. Luciano Piazza ed è tratta dal sito La macchina a vapore.

Viene riprodotto il complesso funzionamento di una macchina "a doppia azione", tale cioè che il vapore veniva fatto circolare sia sopra sia sotto il pistone. 

Il bollitore a sinistra produce vapore a pressione atmosferica, che percorrendo il tubo posto sulla parte alta del bollitore arriva fino al cassetto di distribuzione, dopo aver oltrepassato la valvola a farfalla che serve a controllare la velocità della macchina.

Il cassetto lascia passare alternativamente per una delle sue luci il vapore, che quindi viene immesso o sopra o sotto il pistone. Si noti che per ottenere questo effetto il pistone deve essere chiuso e non più aperto: la pressione della colonna d'aria sovrastante la macchina non ha più alcun ruolo nel processo. 

Il vapore, non appena la valvola di immissione viene chiusa, viene aspirato dal condensatore, che si trova in basso ed è tenuto il più freddo possibile immergendolo in acqua. L'aspirazione provocata dalla condensazione del vapore viene applicata alternativamente da un lato e dall'altro dello stantuffo. Una pompa ausiliaria riporta l'acqua ottenuta dalla condensa nel bollitore per far continuare il ciclo.

Lo stantuffo con la sua asta mette in movimento il bilanciere, in alto, che trasmette il movimento al ruotismo detto "planetario". Si noti l'insieme degli ingranaggi che mettono in movimento il regolatore centrifugo automatico, ossia il sistema di autoregolazione della macchina.

L'ultima pompa a destra pesca l'acqua dalla falda o dal fiume per tenere sempre a livello i liquidi necessari al funzionamento.

   

 

 

Video

 

La macchina che vedete in azione nel video amatoriale qui a sinistra è stata prodotta a Birmingham, in Inghilterra, alla fine del Settecento. Venne installata nella fabbrica di birra della  Whitbread a Londra nel  1785 dove venne utilizzata per 102 anni per macinare il malto che serviva da elemento principale per la birra. 

Si nota in apertura il celebre sistema "a planetario" per la trasmissione del moto.

Si noti anche il cilindro rivestito dalla camicia di legno di cui parla Watt per isolarlo il più possibile dall'ambiente esterno dal punto di vista termico. 

Attualmente la macchina si trova però al PowerHouse Musem di Sidney, Australia.

 Animazione della macchina di Watt  Questa animazione mostra il passaggio logico che porta alla invenzione della macchina a "doppia azione"
 
 Una macchina a vapore del 1832, perfettamente funzionante, mostra come potessero apparire questi macchinari al momento della loro realizzazione. 
 
Il governor, una delle più importanti invenzioni di Watt: serviva a regolare automaticamente la velocità della macchina.
Il governor è una invenzione così geniale e longeva da restare in uso per moltissimo tempo. Qui vediamo un filmato dimostrativo della Aviazione Statutinitense che mostra il funzionamento del governor applicato ai motori diesel. 
 
 Animazione tridimensionale della macchina a doppia espansione della Maid of the Loch, un battello a pale costruito in Scozia nel 1953. Nella seconda parte del video si vede un'ottima raffigurazione di come funziona un cassetto di distribuzione. 

 

 

 

 

 

 

 

Vai a

Watt Atmospheric Engine Gallery fotografica commentata di una macchina Boulton&Watt del 1796. La macchina è conservata all'Henry Ford Museum di Dearborn, Michigan (SA)
 Boulton and Watt engine  Una buona animazione semplificata del funzionamento della macchina di Watt dal sito del NATIONAL Museums Scotlands.
   
   
   
   
   
   
   
   

 

 

Note alla pagina

 

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