Macchina a Vapore descrizione del brevetto N. 913

Macchina a Vapore descrizione del brevetto N. 913

Sua Altissima Maestà  Re Giorgio III, con sua lettera di brevetto recante il sigillo di Gran Bretagna, in data 5 gennaio dell'anno nono del regno di Sua Maestà, a me, il nominato James Watt, diede permissione, podestà, privilegio ed autorizzazione, che io, il nominato James Watt, i miei esecutori, amministratori ed incaricati, siano autorizzati, per un determinato numero di anni, ad utilizzare, esercire e vendere il mio 'Metodo nuovamente trovato per la riduzione del consumo di vapore e di combustibile nelle macchine a fuoco', e ciò dovunque in quella parte del regno di Gran Bretagna che viene nominata Inghilterra, nel territorio del Galles, nella città di Berwick sul Tweed ed inoltre nei possedimenti e nelle colonie di Sua Maestà; ed io, il nominato James Watt, vengo obbligato, nella suddetta lettera di brevetto, a fornire, con firma e sigillo, un'accurata descrizione dell'essenza della mia invenzione, che deve venir registrata presso la Cancelleria Superiore di Sua Maestà, entro quattro mesi dalla data della lettera di brevetto nominata; si sappia dunque che, in adempimento all'obbligo e alla deliberazione anzidetti, io, il nominato James Watt, dichiaro che quanto segue costituisce un'accurata descrizione della mia scoperta di cui è questione, e del modo e della maniera nei quali la stessa fu eseguita. Il mio procedimento per la riduzione del consumo di vapore e, di conseguenza a ciò, del combustibile nelle macchine da fuoco, si basa sui seguenti principi.

Anzitutto, il recipiente nel quale devono trovare applicazione le forze del vapore per azionare la macchina, e che nelle usuali macchine a fuoco viene detto cilindro del vapore, ma che io chiamo cassa di vapore, deve venir mantenuto, per tutto il tempo che la macchina lavora, ad una temperatura tanto alta quant'è quella del vapore d'ingresso, e ciò si otterrà in primo luogo con il circondare la cassa con un mantello di legno o di qualche altra sostanza che conduca male il calore, in modo che, in secondo luogo, si possa mettere attorno ad essa vapore o qualche altro corpo riscaldante, ed in terzo luogo che né acqua né altro corpo a temperatura più bassa del vapore abbia ad entrare nella cassa o venire in contatto con essa.

Secondariamente, in queste macchine, che lavorano con condensazione parziale o totale, il vapore dev'essere addotto nei recipienti adibiti alla condensazione, che sono separati dalla cassa o dal cilindro del vapore e vengono collegati a questi solo per qualche istante. Indico questi recipienti con il nome di condensatori, e questi, mentre la macchina lavora, devono essere mantenuti, mediante dell'acqua o altri corpi freddi, almeno tanto freddi quanto l'aria che circonda la macchina.

In terzo luogo, non appena l'aria, o altri vapori elastici non condensati dal freddo dei condensatori, abbiano a disturbare l'andamento della macchina, questi devono essere allontanati, con l'impiego di pompe trascinate dalla macchina stessa, o in altro modo, dalla cassa di vapore o dai condensatori.

In quarto luogo, io mi propongo di impiegare la forza di espansione del vapore per azionare gli stantuffi o quanto altro venga adoperato in luogo di questi, nello stesso modo nel quale si utilizza ora nelle macchine a fuoco usuali la pressione atmosferica.Nei casi in cui non sia disponibile l'acqua fredda nella quantità necessaria, le macchine possono venir azionate da questa sola forza a vapore, lasciando uscire all'aria libera il vapore, dopo che questo ha compiuto il suo lavoro.

In quinto luogo, nei casi in cui si desidera ottenere un moto di rotazione intorno ad un'asse, do alla cassa di vapore la forma di anello cavo ovvero di canali circolari, con entrate ed uscite apposite per il vapore, e monto gli stessi sopra un asse orizzontale, come le ruote dei mulini ad acqua. Negli stessi è prevista una serie di valvole, che consentono ad un corpo di scorrere entro i canali in una sola direzione. In queste casse di vapore sono posti dei pesi, che riempiono in parte i canali, e che vengono mossi dentro a questi nel modo ancora da indicare. Quando il vapore viene immesso in questa macchina fra quei pesi e le valvole, esso esercita su entrambi una uguale pressione, così che esso solleva il peso da una parte della ruota e, in seguito alla reazione operante contro le valvole, pone in rotazione la ruota, poiché le valvole si aprono in quella direzione secondo la quale viene spinto il peso, e non nell'opposta. Mentre la cassa del vapore ruota, essa viene alimentata con vapore dalla caldaia e quel vapore, che già gli ha fornito il suo lavoro, può venir condensato oppure scaricato nell'aria libera.

In sesto luogo, intendo adoperare in taluni casi un certo grado di freddo, che possa comunque non trasformare il vapore in acqua, ma soltanto addensarlo notevolmente, così che la macchina funzioni per le espansioni e contrazioni alternative del vapore. Infine, per la tenuta dei cilindri o di altre parti della macchina all'acqua e al vapore, adopero, anziché l'acqua, l'olio, le sostanze resinose, il grasso animale, il mercurio ed altri metalli allo stato fuso.

A tutti coloro, alla vista dei quali questo scritto perverrà, io, James Watt, di Glasgow in Iscozia, commerciante, invio il mio saluto.

A.D. 1769.   James Watt (L.S.)

La Macchina a Vapore

La prima macchina a vapore fu inventata nel 1690 dal francese Denis Papin e fu usata per pompare l'acqua. La "pentola di Papin" era poco più di una curiosità che rassomigliava a una pentola a pressione. L'idea di utilizzare la pressione atmosferica per azionare un motore la ebbe già Pascal e Torricelli quando idearono un pistone che sottovuoto spostava l'acqua. Nel 1766 si costruì il primo carro mosso a vapore utilizzando un motore senza caldaia.

Lo scozzese James Watt sviluppò il motore di Newcomen.    La macchina a vapore serve a trasformare l'energia termica in energia meccanica, cioè a sfruttare il calore per produrre del movimento. Se il vapore viene compresso in un cilindro, esso esercita sulle pareti dello stesso un'enorme forza, la quale, opportunamente diretta e regolata, può essere sfruttata  per mettere in movimento delle macchine.
La macchina a  vapore è costituita da: caldaia, apparato della distribuzione del vapore, cilindri, bielle e ruote motrici.
La caldaia è la parte in cui si ottiene la produzione di vapore; nel focolare annesso alla caldaia viene bruciato carbon fossile; i fumi caldi prodotti, attraversando i tubi, trasformano progressivamente l'acqua della caldaia in vapore. I fumi fuoriescono dal fumaiolo, mentre il vapore si raccoglie in una cupola, sistemata nella parte alta della caldaia, dove diventa più secco. Dopo di che  il vapore passa all'apparato di distribuzione, la cui parte fondamentale è il cassetto di distribuzione. Nel cilindro avviene la trasformazione dell'energia termica in energia meccanica.
Il pistone che si muove dentro il cilindro viene sospinto dal vapore in entrambi i sensi: è composto da una manovella, una biella e una guida rettilinea prismatica (glifo).

L'inglese Richard Trevithick e l'americano Evans costruirono motori senza condensatori ad alta pressione e temperatura per azionare la prima locomotiva della storia.

L'applicazione del motore a vapore si ha sullo sviluppo dell'industria laniera, il vero pilastro dell'economia manifatturiera inglese perché diede un grande impulso alla produzione industriale di quell'epoca.

La funzione era quella di utilizzare la macchina a vapore quale motore per le macchine tessili ( filatoi, telai, ecc) destinate alla preparazione di indumenti di cotone e di lana. Sebbene gli industriali inglesi fossero in principio molto scettici nell'uso di questi nuovi macchinari, l'industria laniera era piuttosto conservatrice, l'innovazione tecnica si diffuse lentamente ma capillarmente in tutto il Regno Unito ed il successo della meccanizzazione si estese anche in altre industrie e fu utilizzata nelle miniere, nelle fonderie e per muovere imbarcazioni e veicoli.

CARATTERISTICHE DELLE INVENZIONI DI WATT

Camera di condensazione del vapore separata

Utilizzo di un sistema di ingranaggi  

Introduzione del principio del doppio effetto

Dotazione di una valvola di regolazione della velocità del mezzo con un volano al motore

COMPONENTI DELLA MACCHINA A VAPORE

Biella   Organo meccanico atto a trasmettere una forza tra due parti di un meccanismo, usato specialmente nei manovellismi per trasformare un moto rettilineo alternato in uno circolare continuo e viceversa. La biella è costituita da un'asta (fusto) terminante a ogni estremità (testa e piede) in una sede cilindrica cava che realizza il collegamento rispettivamente con un elemento dotato di moto circolare e con uno dotato di moto rettilineo.

Capitalismo   Sistema economico-sociale la cui caratteristica principale risiede nella proprietà privata dei mezzi di produzione e nella conseguente separazione fra classe dei capitalisti e classe dei lavoratori.

Cilindro Organo meccanico in cui scorre uno stantuffo. Il termine è molto usato nel linguaggio pratico, soprattutto per indicare gli stantuffi e i cilindri dei motori endotermici e delle pompe di piccole dimensioni.

un lavoro subordinato, per lo più di tipo manuale.

Pistone  Equivalente dello stantuffo. Il termine è molto usato nel linguaggio pratico, soprattutto per indicare gli stantuffi dei motori endotermici.

Rivoluzione  Profonda e rapida trasformazione di idee, dottrine, concezioni, modi di vivere in genere; cambiamento radicale.

Siderurgia Parte della metallurgia che studia i processi di produzione del ferro e delle sue leghe e le loro proprietà e applicazioni.