domenica 10 maggio 2020

Step 13 : Nel Settecento


La macchina a vapore.

Il diciottesimo secolo ha avuto importanti invenzioni tecnologiche, che hanno portato a definire in seguito, alla prima grande rivoluzione industriale, la macchina a vapore è una di queste. Grazie a queste innovazioni si inizierà a pensare a metodi alternativi per trasportare persone e oggetti.
La macchina a vapore è un sistema per produrre lavoro meccanico a spese dell’energia termica. Anche se le attuali macchine a vapore, molto perfezionate, sono abbastanza complesse, lo schema di base è sempre lo stesso: una sorgente di calore porta all’ebollizione una certa quantità di acqua producendo vapore che, espandendosi, preme sulle pareti del contenitore mettendo in movimento un pistone. Usata per almeno due secoli come base per la costruzione di macchine industriali, per far viaggiare locomotive, navi e anche automobili e autocarri, la macchina a vapore, nella versione a turbina, trova ancora un uso importante nella produzione di energia nelle centrali nucleari o nelle grandi navi militari.
Una macchina a vapore converte l’energia termica del vapore in lavoro meccanico.
Il vapore può venire convogliato, con tecniche molto diverse, su un pistone o una turbina, che si mettono in moto per la pressione che ricevono, producendo lavoro meccanico.
Uno dei vantaggi della macchina a vapore risiede nel fatto che è possibile usare qualunque combustibile, o fonte di calore. Sono state sviluppate macchine funzionanti a carbone, legna, gasolio e altri combustibili diversi. Queste macchine fanno funzionare pompe idrauliche, forniscono potenza a macchine, specie nell’industria manifatturiera, hanno fatto o fanno marciare le navi e, naturalmente, i treni, che hanno rappresentato la maggiore applicazione pratica di questa macchina. La macchina a vapore è stata forse l’elemento fondamentale nella prima rivoluzione industriale.

Occorre arrivare al 1690 per trovare una macchina a vapore, sviluppata dal fisico francese Denis Papin. La macchina di Papin è molto semplice e poco potente, ma perfettamente funzionante, tanto che trovò anche qualche applicazione per la costruzione di pompe per l’acqua. È costruita secondo uno schema veramente essenziale. Un cilindro metallico contenente un pistone serve come bollitore in cui l’acqua, che riempie il fondo, viene portata a ebollizione grazie a una sorgente di calore posta al di sotto. Il vapore, man mano che si sviluppa, preme sul pistone, che inizia a sollevarsi verso l’alto. Quando il pistone è arrivato al massimo del cammino che gli è permesso, la fonte di calore viene tolta. In questo modo la temperatura dell’acqua diminuisce e il vapore si condensa mentre il pistone, non più sostenuto dalla pressione esercitata dal vapore stesso, cala verso il fondo del bollitore. Come si può capire il funzionamento è piuttosto laborioso, lento e inefficiente, tuttavia la macchina a vapore di Papin è la prima che abbia realmente funzionato e trovato applicazioni pratiche.



Denis Papin



Denis Papin costruì nel 1707 il primo battello a vapore con ruote a pale azionato da una macchina a vapore che lui stesso aveva inventato alcuni anni prima. Questo battello avanzava grazie cilindri-pistoni a vapore che determinavano un movimento in avanti e all'indietro sull'asse trasversale di due ruote a pale, posizionate su ogni lato dello scafo. Purtroppo nel settembre del 1707, mentre Papin a bordo della sua imbarcazione viaggiava da Cassell fino a Wesern , alcuni marinai invidiosi si impossessarono del battello e della macchina che distrussero dopo alcuni giorni di navigazione. 


Chi è stato un inventore che ha perso l'occasione di passare alla ...


La macchina a vapore di James Watt

Il più importante progresso nel campo delle macchine a vapore è dovuto a James Watt, uno scienziato scozzese che operò tra la fine del 18° e l’inizio del 19° secolo.
Watt sviluppò una serie di modifiche alla macchina di Newcomen che portarono alla realizzazione di quella che può essere considerata come la prima vera macchina a vapore moderna. La prima portò a un motore dotato di camera di condensazione del vapore separata, mediante la quale si riuscivano a ridurre le perdite di vapore che si verificavano nel continuo alternarsi di riscaldamenti e raffreddamenti dell’unico cilindro della macchina di Newcomen.



Macchina a vapore di Thomas Newcomen - Wikipedia
(macchina a vapore di Thomas Newcomen)


Con l’introduzione della seconda camera, inoltre, si ottiene il risultato che è la stessa pressione del vapore a svolgere il lavoro, e non quella atmosferica che nella macchina di Newcomen era responsabile dell’abbassamento del cilindro.


Macchina a vapore di James Watt - Wikipedia
(macchina a vapore di James Watt)


Questa modifica introdotta da Watt fu importante, tuttavia la maggiore innovazione della sua macchina era costituita da un particolare miglioramento che forse oggi può sembrarci banale. Egli riuscì infatti a realizzare un semplice meccanismo che trasformava il moto del pistone, rettilineo dal basso verso l’alto e viceversa, in un moto circolare continuo, grazie a un volano e a un meccanismo a biella simile a quello delle macchine a vapore più moderne. Infine, aumentò notevolmente l’efficienza del motore a vapore inserendo una seconda valvola che permetteva di introdurre vapore nel cilindro sia dal basso, durante il moto del pistone verso l’alto, sia dall’alto, quando il pistone era giunto al massimo della sua corsa, per agevolarne il ritorno verso il basso della camera.
Grazie a questa straordinaria invenzione ci sarà una rivoluzione nei trasporti e nell'industria.



Nessun commento:

Posta un commento