James Watt: Ο πατέρας της ατμομηχανής

στις

Ο James Watt ήταν Σκoτσέζος μηχανουργός, μηχανικός και εφευρέτης. Γεννήθηκε στις 19 Ιανουαρίου 1736.  Από νεαρή ηλικία έδειξε μεγάλη κλίση στα μαθηματικά και στη μηχανική. Το 1755 πήγε στο Λονδίνο και εργάσθηκε κοντά σε ένα διαπρεπή κατασκευαστή μαθηματικών οργάνων και ένα χρόνο αργότερα εγκαταστάθηκε για λογαριασμό του στη Γλασκόβη, όπου και προσλήφθηκε ως μηχανικός στο εκεί Πανεπιστήμιο.

Watt

Ονομάσθηκε «πατέρας της ατμομηχανής» για τη χρήση του ατμού για τη θέρμανση του κυλίνδρου, και για την κατασκευή μιας ατμομηχανής που μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα σε πολλές εφαρμογές, οδηγώντας έτσι στην έλευση της Βιομηχανικής Επανάστασης. Επίσης, για την εφεύρεση του πιεστικού κοχλία καθώς και για τα υδραργυρικά μανόμετρα. Το 1775 έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρίας του Λονδίνου και το 1808 μέλος του Ινστιτούτου της Γαλλίας. Προς τιμήν του ονομάστηκε ειδική μονάδα μέτρησης ισχύος, η λεγόμενη Βατ.

Το ξεκίνημα

Μια μηχανή του Newcomen που του έφεραν για επισκευή του κίνησε τόσο το ενδιαφέρον ώστε συνέβαλε κατά πολύ στην τελειοποίησή της. Συγκεκριμένα πέτυχε τον αποχωρισμό του σσυμπυκνωτή από τον κύλινδρο τον οποίο περιέβαλε με ατμό προς αποφυγή ψύξης. Στη συνέχεια ίδρυσε στο Σόχο μηχανουργείο όπου και κατασκεύασε ατμομηχανή διπλής ενέργειας δίνοντας περιστροφική κίνηση με αρθρωτό παραλληλόγραμμο, διάταξη που φέρει το όνομά του, προσθέτοντας και σπόνδυλο για κανονική ρύθμιση.

«Είδε» ότι το κύριο μειονέκτημα της μηχανής οφειλόταν στην εισαγωγή και συμπύκνωση του υδρατμού μέσα στον ΙΔΙΟ κύλινδρο. Κατά τη λειτουργία της, καθώς το πιστόνι ανέβαινε προς τα πάνω έπρεπε ο ατμός να «παραμένει ατμός» χρειαζόταν συνεπώς να διατηρείται ζεστός ο κύλινδρος. Από την άλλη, κατά την επιστροφή του εμβόλου προς το κατώτερο σημείο του, για να διατηρείται το σχετικό κενό έπρεπε ο κύλινδρος να διατηρείται κρύος. Με λέξεις σημερινές ένα μέρος της ενέργειας ξοδευόταν επειδή σε κάθε επιστροφή του εμβόλου έπρεπε τα κρύα τοιχώματα του κυλίνδρου να ξαναζεσταίνονται.

Όλα αυτά σήμαιναν απώλεια ενέργειας τρομακτική. Ο 28χρονος Watt (1864) άρχισε να αναρωτιέται αν θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτό το σοβαρό μειονέκτημα. Και το κατάφερε. Η λύση που έδωσε ήταν η χρησιμοποίηση ενός ξεχωριστού θαλάμου για τη συμπύκνωση του ατμού, ενός συμπυκνωτή δηλαδή που θα μπορούσε να διατηρείται συνεχώς κρύος, ενώ ο κύλινδρος θα έμενε πάντα ζεστός. Το αποτέλεσμα ήταν άμεσο. Η απόδοση της μηχανής αυξήθηκε. Με την εντυπωσιακή βελτίωση που πέτυχε αργότερα έμεινε στην ιστορία ένας από τους μεγαλύτερους εφευρέτες όλων των εποχών. Γιατί και οι συνέπειες φάνηκαν γρήγορα.  Οι μηχανές του είχαν ανάγκη από 5400 τόνους κάρβουνο το χρόνο αντί για 17000 τόνους που κατανάλωναν οι παλιότερες.

jawat10Ο Βατ δούλεψε μάλιστα στο πλαίσιο της επαναστατικής θεωρίας της «λανθάνουσας θερμότητας» που είχε αναπτύξει λίγο νωρίτερα ο καλός του φίλος και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης Τζόζεφ Μπλακ. Οι δυο τους συνεργάστηκαν, με τον Μπλακ να παρέχει την απαραίτητη επιστημοσύνη στη μηχανική ιδιοφυΐα του Βατ…

To γεγονός βέβαια ότι η μηχανική του ιδιοφυΐα θα άλλαζε μια για πάντα τον κόσμο λίγη διαφορά έκανε στη ζωή του Βατ. Ο ίδιος έχει πτωχεύσει και χρωστάει μεγάλα ποσά. Στα τέλη της χρονιάς έχει έτοιμο ένα πειραματικό πρωτότυπο της δικής του εκδοχής, χρηματοδοτούμενο από τον Μπλακ, και πάλι όμως τα κονδύλια δεν επαρκούν.

Ο Μπλακ συστήνει τον Βατ στον βρετανό εφευρέτη και επιχειρηματία John Roebuck, ο οποίος αποπληρώνει τα χρέη του Βατ και του δίνει τα απαιτούμενα κονδύλια με αντάλλαγμα τα 2/3 των δικαιωμάτων της εφεύρεσής του. Και πάλι όμως ο ίδιος είναι μπροστά από την εποχή του, με την κατασκευαστική ακρίβεια που απαιτούσαν τα εξαρτήματα που εισήγαγε ο Βατ στην ατμομηχανή να μην μπορεί να βρεθεί πουθενά! Η καινοτόμα πατέντα του Βατ δεν μπορούσε να κατασκευαστεί, με τον ίδιο να δουλεύει πλέον ως επόπτης σε δημόσια έργα, κάνοντας τον πολιτικό μηχανικό, μια απασχόληση που έβρισκε ανυπόφορη.

Ο Βατ, απογοητευμένος από την άσχημη τροπή που πήρε η επαναστατική του πατέντα αλλά και η ίδια του η ζωή, αρχίζει να υποφέρει από χρόνια αϋπνία και κατάθλιψη. Ο ίδιος συνεχίζει ωστόσο να εργάζεται μυστικά στον σχεδιασμό της βελτιωμένης ατμομηχανής, με τις δοκιμασίες ωστόσο του 1769 να αποτυγχάνουν παταγωδώς. Πεισμωμένος, συνειδητοποιεί ότι η αποτυχία οφείλεται στην έλλειψη δεξιοτεχνίας εκ μέρους των τεχνιτών, που δεν μπορούν να τηρήσουν τις προδιαγραφές του…

Στις αρχές του 1780 αφού είχε κατασκευάσει μια ατμομηχανή ανώτερη κατά πολύ της τότε κλασικής Newcomen ατμομηχανής, ο Βατ αναζητούσε να βρει ένα τρόπο για να εμπορευτεί την εφεύρεσή του. Έτσι, άρχισε να διαφημίζει το γεγονός ότι η μηχανή του χρησιμοποιούσε κατά 75% λιγότερα καύσιμα από οποιαδήποτε παρόμοια Newcomen, ανάμεσα σε πολλές ακόμη βελτιώσεις, στις οποίες είχε προβεί.

Στην αρχή προσπάθησε να πουλήσει τη μηχανή του με κάποιο καθεστώς δικαιωμάτων, κατά το οποίοι οι πελάτες του θα του χρωστούσαν το ένα τρίτο των χρημάτων που θα αποταμίευαν από τη χρήση της δικής του μηχανής αντί άλλων ατμομηχανών.

Φυσικά, τότε πολλοί χρησιμοποιούσαν ακόμη άλογα και όχι ατμομηχανές και ήταν δύσκολο να κάνουν τις συγκρίσεις και να καταλάβουν τα πλεονεκτήματά της, παρά μόνο αν την αγόραζαν και… το έβλεπαν στην πράξη.

Έτσι ο Βατ αποφάσισε να αφήσει στην άκρη τις «συμφωνίες δικαιωμάτων» και προσπάθησε να βρει ένα διαφορετικό τρόπο για να πείσει τους ανθρώπους να προτιμήσουν την εφεύρεσή του.  Όντας εφευρετικό μυαλό, ο Βατ κατέληξε στην εξής λύση: έπρεπε να βρει μια νέα μονάδα μέτρησης, η οποία θα ήταν εύκολα κατανοητή σε όσους είχαν συνηθίσει να… μετράνε με τη δύναμη των αλόγων.

Mετά από μερικά πειράματα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα άλογο μπορούσε να παράγει 32.400 τζάουλ (Joule) σε 60 δευτερόλεπτα και να διατηρήσει αυτόν τον ρυθμό ισχύος για αρκετά μεγάλο διάστημα μέσα σε μια εργάσιμη ημέρα. Στη συνέχεια στρογγυλοποίησε αυτόν τον αριθμό σε 33.000 τζάουλ το λεπτό και το αντιστοίχισε με 1 ίππο (1 horsepower).

Το 1775 ο Watt ίδρυσε μαζί με τον επιχειρηματία Boulton το εργοστάσιο κατασκευής ατμομηχανών «Boulton & Watt» στο Μπέρμινχαμ και το 1778 άρχισε να τελειοποιεί την ατμομηχανή του χαμηλής πιέσεως, της οποίας την ευρεσιτεχνία είχε από το 1769. Ανέπτυξε την ατμομηχανή διπλής δράσης, στην οποία ο ατμός επενεργεί εναλλάξ και στις δύο κατευθύνσεις της κίνησης του εμβόλου.

Το 1776, η κατασκευαστική Boulton & Watt έχει πανέτοιμη τη νέα μηχανή και οι πρώτοι πελάτες σπεύδουν, κυρίως από τον χώρο της εξόρυξης και των μεταλλείων. Οι πελάτες είναι ικανοποιημένοι από το γεγονός ότι η νέα αποτελεσματική εκδοχή απαιτεί το 1/3 του κάρβουνου που χρησιμοποιούσε το μοντέλο Newcomen, με τον Βατ να ταξιδεύει στη χώρα για να εξασφαλίσει την απρόσκοπτη λειτουργία της συσκευής του.

Παρά το γεγονός ότι ο Βατ ήταν το μυαλό της εταιρίας, το επιχειρηματικό δαιμόνιο του Boulton θα τους έκανε πλούσιους: αυτός προτείνει το 1781 στον Βατ να τροποποιήσει την εφεύρεσή του και για άλλες χρήσεις, όπως στο άλεσμα ή την ύφανση. Σύντομα η κίνηση των πιστονιών θα συνόδευε ελαιοτριβεία, σιδηρουργεία, ανεμόμυλους και μονάδες επεξεργασίας βαμβακιού και χαρτιού, με την εφεύρεση του Βατ να κυριαρχεί εντός ολίγου στη βρετανική αγορά και να αλλάζει το βιομηχανικό τοπίο άρδην…

Παρά τις επιχειρηματικές περιπέτειες, η Boutlon & Watt ήταν μια από τις πρώτες εταιρίες που διέθετε κοινωνικές υπηρεσίες για τους εργαζομένους της, με τον δαιμόνιο Βατ να μη σταματά τις καινοτομίες: το 1784 πατεντάρει την πρώτη μηχανή τρένου που κινούταν με τη βοήθεια του ατμού! Μέχρι το 1786, ο Βατ ήταν προσωπικότητα διεθνούς βεληνεκούς, ενώ μέχρι το 1790 ήταν ιδιαιτέρως πλούσιος…

Πέθανε στο Μπέρμινγκχαμ στις 19 Αυγούστου το 1819

Advertisements