Colonna: progetti iniziali di motori a vapore destinati all'attività mineraria

Mar 07, 2023

13 maggio 2023

Quando Thomas Savery ricevette un brevetto britannico per il suo motore a vapore nel 1689, non si trattava del tutto di una sua invenzione. Secondo molti storici, Savery basò il suo progetto su un'idea precedente di Edward Somerset, secondo marchese di Worcester. Secondo il Royal Collection Trust, l'idea di Somerset, che chiamò "motore a comando idrico", era un precursore del motore a vapore. Il Trust afferma che si trattava di un motore idraulico costruito dalla canna di un cannone e Worcester sperava che potesse essere utilizzato in agricoltura per accelerare l'irrigazione.

Savery progettò il suo motore non per l'irrigazione, ma per pompare l'acqua da una miniera in Cornovaglia.

C'è un'ironia nel fatto che il motore di Savery, da lui progettato per le miniere, non veniva utilizzato per il pompaggio delle miniere, ma la sua pompa a vapore era utile per fornire acqua a tenute e case di campagna. Non trovò alcun interesse tra i proprietari delle miniere, afferma l'American Physical Society, nel numero di luglio 2018, vol. 27, edizione numero 7 di APS News. L'articolo "2 luglio 1698: Thomas Savery brevetta uno dei primi motori a vapore"

La rivista accademica online, l'articolo del 31 luglio 2022 di Economic Historian, "Steam Engine", afferma che il motore di Savery era destinato a utilizzare il fuoco per pompare l'acqua fuori dalle miniere. Funzionava riempiendo un serbatoio di vapore e successivamente isolando il serbatoio dalla fonte di vapore. Quando la temperatura nel serbatoio pieno di vapore scendeva a causa dell'isolamento, il vapore si condensava, creando un vuoto nel serbatoio. Il vuoto era formato dalla differenza di volume tra la fase liquida e quella gassosa dell'acqua. L'acqua delle miniere affluiva per riempire il vuoto e, sebbene il sistema di aspirazione avesse successo, poteva funzionare in modo efficiente solo a profondità ridotte. L'acqua aspirata nel serbatoio veniva quindi espulsa o forzata più in alto fino a 80 piedi utilizzando la pressione del vapore.

Il motore aveva diversi difetti, afferma APS News. Non era efficiente per il sollevamento dell’acqua, in parte perché non esisteva ancora la tecnologia per realizzare giunti ermeticamente sigillati. Tutte le parti erano realizzate in ottone, rame e bronzo, assemblate insieme da parti fuse o stampate e poi saldate o rivettate insieme. La tenuta imperfetta faceva sì che i motori fossero inclini a esplodere. Inoltre consumava troppo carburante per renderlo economicamente sostenibile per le applicazioni minerarie.

Thomas Newcomen era un fabbro (ferraio), assunto da Savery per forgiare il proprio motore. L'NPS afferma che Savery ha permesso a Newcomen di forgiare una copia della macchina per le sue ricerche nel cortile. Nel 1712, Newcomen costruì il proprio motore a vapore basato sul progetto di Savery, ma il motore a vapore atmosferico di Newcomen era di gran lunga superiore a quello di Savery, afferma NPS. Il motore di Newcomen mostrava prestazioni notevolmente migliorate, differenze meccaniche significative, non aveva bisogno della pressione del vapore e utilizzava il vuoto in modo diverso.

Il motore Newcomen utilizzava un pistone che funzionava all'interno di un cilindro con la sommità aperta, afferma il National Museums Scotland, che ospita un motore Newcomen originale. Il pistone era collegato tramite catene ad una trave oscillante. All'altra estremità, la trave era collegata tramite un'asta alle pompe della miniera. Nella corsa di salita, il cilindro viene riempito con il vapore proveniente dalla caldaia e poi viene iniettata acqua fredda nel cilindro per trasformare il vapore nuovamente in acqua e creare il vuoto (quando l'acqua si trasforma in vapore si espande 1.500 volte, quindi un volume contenuto di il vapore, se condensato nuovamente in acqua, creerà il vuoto). Il vuoto quindi abbassava il pistone e, tramite la trave oscillante, sollevava lo stantuffo della pompa dell'acqua.

L'uso di una trave oscillante nel motore di Newcomen fu il modo in cui il motore venne successivamente chiamato motore a trave.

Come sottolinea l'Economic Historian, il principale difetto del motore Newcomen era che consumava una quantità eccessiva di vapore per riscaldare il pistone durante ogni fase di riscaldamento e raffreddamento. per l'epoca, tuttavia, era il miglior design disponibile.

Lo sviluppo successivo – e fu importante – venne da un costruttore di strumenti scozzese di nome James Watt. Watt non ha inventato la macchina a vapore; aveva inventato un condensatore di vapore. Studiò uno dei motori di Newcomen che gli era stato chiesto di riparare, ne vide i difetti e li migliorò, utilizzando la sua stessa invenzione. Ha rivoluzionato l'applicazione del vapore.