Le prime macchine a vapore al mondo: la storia della loro invenzione

Il motore a vapore divenne il primo motore meccanico per il quale esisteva un’ampia applicazione pratica. I primi motori a vapore alternativi furono utilizzati per la prima volta nella produzione in fabbrica, e successivamente furono in grado di essere collegati a ruote e ottenere macchine semoventi:

• piroscafi;
• locomotive;
• trattori;
• macchine.

Storia dell’invenzione della macchina a vapore

Il principio di base del funzionamento di qualsiasi macchina a vapore è che l’energia del vapore caldo viene convertita in energia meccanica, che può essere:

• ricambiare;
• rotazionale.

E l’energia meccanica risultante può già essere utilizzata per scopi utili. Il principio di funzionamento di un motore a vapore era chiaro agli antichi greci, ma nei secoli bui la gente se ne dimenticò. Ancora una volta, l’interesse per questo problema riprese vita solo nel XVII secolo. L’italiano Giovanni Branca ha proposto un modello della propria turbina a vapore nel 1629. Ma a causa di perdite di energia inaccettabilmente elevate, questo primo motore a vapore al mondo non ha trovato applicazione pratica.

Motore a vapore Denis Papin

Questo francese, medico di formazione, si trasferì in Inghilterra nel 1675, dove fu notato per una serie di invenzioni. Così, ha inventato la "caldaia di Papenov", il prototipo di una moderna doppia caldaia. Papen è stato in grado di notare la relazione tra l’aumento della pressione e il punto di ebollizione di un liquido. Riuscì a costruire una caldaia ermetica, dove veniva mantenuta una pressione maggiore. Di conseguenza, l’acqua al suo interno bolliva a una temperatura elevata e divenne possibile cuocere il cibo a temperature superiori a 100 gradi, accelerando il processo di cottura.

Alla vigilia del trasferimento a Foggy Albion, Papin ha inventato un motore a polvere. La polvere da sparo che bruciava nel cilindro spingeva il pistone. I gas in polvere risultanti sono stati rimossi attraverso la valvola e quelli rimanenti si sono raffreddati, a causa della quale si è verificata una leggera rarefazione nel cilindro e la pressione dell’atmosfera ha riportato il pistone al suo posto.

Nonostante il fatto che l’idea stessa promettesse notevoli vantaggi, non ha portato dividendi al suo autore. Il fatto è che poco prima Savery (un meccanico inglese) aveva brevettato la sua pompa a vapore, che a quel tempo era l’unico modo per utilizzare un motore a vapore. Accadde così che l’inventore della prima macchina a vapore, Denis Papin, morì nel 1714 a Londra, povero e solo.

L’auto di Thomas Newcomen

Questo intraprendente inglese è stato in grado di ottenere grandi profitti. Aveva 35 anni quando fu creata la macchina Papin. Newcomen ha studiato attentamente l’eredità di Papin e Savery e ha notato le carenze di entrambi i modelli e ha adottato idee forti. Collaborando con uno specialista in idraulica e vetro D. Calli, Newcomen creò il suo primo modello nel 1712, continuando la storia della creazione di macchine a vapore. Il suo lavoro di base era così:

• il progetto aveva un cilindro verticale con un pistone (da Papin);
• il vapore veniva generato in una caldaia separata, che funzionava secondo il principio dell’invenzione di Savery;
• La tenuta del cilindro del vapore era assicurata da una pelle tesa attorno al pistone.

Aumentando la pressione, il dispositivo di Newcomen ha sollevato l’acqua dalle miniere. Ma era molto voluminoso ed estremamente vorace di carbone. Ma queste carenze non hanno impedito mezzo secolo di funzionamento di questa invenzione nelle miniere. Grazie a lui è stato possibile far rivivere miniere precedentemente abbandonate a causa dell’allagamento delle falde acquifere. Ma poiché la sua macchina era una raccolta delle prime invenzioni, Newcomen non poteva ottenere un brevetto per essa.

Macchina da watt

Il passo decisivo fu compiuto dal britannico James Watt, grazie ai cui sforzi apparve un primo motore a vapore alternativo sufficientemente potente e compatto. Come meccanico presso l’Università di Glasgow, nel 1763 Watt iniziò la riparazione del motore a vapore di Newcomen. Durante il processo di riparazione, ha escogitato un modo per ridurre la sua gola: il suo cilindro doveva essere tenuto al caldo.

Ma era necessario risolvere il problema della condensazione del vapore. Prese la soluzione mentre passava davanti alle lavanderie, il vapore che usciva dai coperchi delle loro caldaie. Si rese conto che il vapore è un gas, che dovrebbe essere immesso in un cilindro a pressione ridotta. Ha ottenuto un sistema pistone-cilindro stretto avvolgendo il primo con una corda di canapa oliata, dopodiché è diventato possibile abbandonare la pressione atmosferica: un notevole passo avanti.

Video del primo motore a vapore di James Watt

Ma nella vita Watt è stato meno fortunato e ha dovuto impegnare il brevetto per debiti. Dopo 3 anni, ha incontrato un ricco industriale Matthew Bolton, che ha comprato a Watt i suoi brevetti. Sotto la sua tutela, Watt tornò al lavoro. Già nel 1773, il nuovo modello di Watt dimostrò nei test un consumo di carbone molto inferiore a quello richiesto dai suoi predecessori. E un anno dopo, l’Inghilterra iniziò la produzione industriale di macchine Watt. Nel 1781 Watt brevettò un motore a vapore che alimentava macchine industriali. Poco dopo, queste stesse tecnologie iniziarono ad essere utilizzate per il movimento di navi e treni, che diventerà una vera rivoluzione tecnica.

Motore a vapore Polzunov

Non meno caro a noi è Ivan Polzunov, l’inventore russo della prima macchina a vapore, in grado di azionare molti meccanismi di lavoro. Inoltre, fece questa invenzione prima di White – nel 1763, mentre lavorava negli impianti minerari dell’Altai. Ha informato il capo delle fabbriche del suo progetto e ha ricevuto l’approvazione dalla capitale per assemblare l’unità. A Polzunov fu ordinato di costruire una grande macchina.

Questo lavoro è durato 21 mesi, ma quando era quasi pronto, l’inventore tisica è morta pochi giorni prima dei suoi primi test. Il motore a vapore di Polzunov potrebbe funzionare in modo continuo e automatico. Ciò fu dimostrato a seguito di test condotti nel 1766 dagli studenti di Polzunov. Un mese dopo, la macchina aveva già iniziato a funzionare, non solo recuperando tutti i costi della sua creazione, ma anche portando profitto ai proprietari.