martedì 21 dicembre 2010

LE PRIME MACCHINE A VAPORE (The first steam engines)


LE PRIME MACCHINE A VAPORE

Al tramontare della società schiavistica, l'uomo aveva trovato nel mulino a vento e nella ruota idraulica sorgenti di energia sufficienti ad assicurare il funzionamento delle macchine che il sistema di produzione feudale richiedeva; d'altra parte, la forza animale era sufficiente per i mezzi di trasporto terrestri e il vento per quelli di mare. Ma all'inizio dell’età moderna sorse la necessità di una nuova fonte di energia, adeguata alle nuove esigenze della società.

La principale esigenza che portò alla nascita della macchina a vapore sembra essere stata, almeno inizialmente, quella di trovare un sistema efficace per prosciugare le miniere le quali, man mano che cresceva la richiesta di minerali, diventavano sempre più profonde.

Fra il 1550 e il 1650 furono progettate o costruite diverse macchine, che utilizzavano la pressione del vapore. Ma il loro valore fu sostanzialmente quello di favorire gli studi teorici sulla nuova fonte di energia, e la loro importanza pratica assai scarsa.
Il fisico olandese Huyghens nella seconda metà del secolo XVII studiò e costruì una macchina la quale, sfruttando una decompressione causata dal rarefarsi dei gas prodotti dall'esplosione di una piccala quantità di polvere da sparo, avrebbe dovuta convogliare entro tubi l'acqua da sollevare.

Denis Papin, suo assistente, dimostrò l'inefficienza di questa macchina e nel 1690 ne costruì un’altra nella quale l’energia, come nei tentativi precedenti, era fornita dal vapore. Essa constava di un cilindro contenente acqua; uno stantuffo veniva abbassato entro il cilindro fino a toccare l'acqua. Il recipiente veniva allora messo sul fuoco e il vapore dell'acqua bollente spingeva lo stantuffo in cima al cilindro, dove un dispositivo di fermo lo bloccava finchè il vapore - essendo stato allontanato il fuoco - si ricondensava in acqua. Veniva tolto allora il fermo allo stantuffo, che ricadeva sul fondo del cilindro, per la decompressione in esso creata; la sua caduta poteva essere così utilizzata per sollevare il pistone di una pompa. Ma anche questa macchina era assolutamente inutilizzabile per scopi pratici.

Il primo che costruì macchine a vapore che potessero venire impiegate nell'industria fu Thomas Savery all'inizio del XVIII secolo.
La sua macchina a vapore presentava alcuni inconvenienti: consumava troppo rispetto al rendimento ed era pericolosa (talvolta provocò disastri considerevoli in seguito ad esplosioni)…, tuttavia essa fu la prima macchina che risolse il problema pratico dedel prosciugamento delle miniere.



Essa constava sostanzialmente (Vedi fig. 1) di un generatore di vapore (B) (una comune caldaia), un utilizzatore (s) e diversi rubinetti che andavano opportunamente aperti chiusi. Riempito l’utilizzatore di vapore proveniente dalla caldaia e chiuso rubinetto (o) che collega va le due parti, l'utilizzatore (e con esso il vapore contenutovi) veniva raffreddato dall'esterno per mezzo di acqua fredda. Si determinava così una depressione all'interno dell'utilizzatore che veniva sfruttata per aspirare entro l'utilizzatore stesso l'acqua da (b).
Riaperta la comunicazione tra caldaia e utilizzatore, questo veniva riempito nuovamente di vapore che serviva a scacciare attraverso (A) l'acqua prima aspirata.
Si deve a Newcomen un e operaio inglese, l'aver creato una macchina che risultava da una felice unione della caldaia di Savery con il sistema cilindro stantuffo, caratteristico dei primi tentativi accennati.
La sua macchina consumava la metà di quella di Savery ed anche questo fatto contribuì al suo sueccesso.



Nella figura 2 son chiaramente visibili le parti che componevano la macchina.
Una caldaia (a), un cilindro (c) contenente uno stantuffo (p) sospeso ad un bilanciere (I) che, all'altra estremità portava lo stelo di una pompa (m).
Il funzionamento era il seguente: riempito il cilindro dì vapore ed interrotta la comunicazione (v) con la caldaia, uno zampillo d'acqua fredda penetrava entro il cilindro attraverso il tubo (b) condensando il vapore.
Si abbassava perciò la pressioni interna; quindi lo stantuffo cadeva al fondo del cilindro - per la pressioni atmosferica esercitata su bilanciere, - sollevando lo stelo della pompa attaccato all'altra estremità del bilanciere.
Svuotato il cilindro dell'acqua fredda attraverso il beccuccio (u) esso veniva nuovamente riempito di vapore, mentre lo stantuffo era richiamato in alto dalla caduta dello stelo di pompa.

La macchina di Newcomen si diffuse assai rapidamente.
Nella prima metà del 1700 in Inghilterra ne erano state impiantate più di un centinaio. Tuttavia ben presto anch'essa si dimostrò insufficiente a soddisfare le esigenze da cui era nata e, soprattutto, a soddisfare le esigenze nuove che derivavano dalla necessità di meccanizzare l'industria allora nascente.
Il problema poteva essere risolto solo con una macchina che sfruttasse al massimo la forza prodotta dal vapore.
Il risultate fu raggiunto con la macchina di Watt, della quale mi sono occupato precedentemente.


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LA MACCHINA A VAPORE (The steam engine) JAMES WATT

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