Introdução
Até a segunda metade do século 18, as pessoas usavam principalmente motores hidráulicos para necessidades de produção. Desde a transferência do movimento mecânico da roda d'água para longas distâncias impossível, todas as fábricas tiveram que ser construídas nas margens dos rios, o que nem sempre era conveniente. Além disso, para o funcionamento eficiente de tal motor, muitas vezes era necessário um caro trabalho preparatório (construção de tanques, construção de barragens, etc.). As rodas d'água também apresentavam outras desvantagens: tinham baixa potência, seu trabalho dependia da estação do ano e era difícil de ajustar. Gradualmente, a necessidade de um motor fundamentalmente novo começou a ser sentida: potente, barato, autônomo e facilmente controlável. A máquina a vapor se tornou essa máquina por um século inteiro.
Vapor Mashimna- motor térmico combustão externa converter a energia do vapor aquecido em trabalho mecânico do movimento alternativo do pistão e, a seguir, no movimento de rotação do eixo. Em um sentido mais amplo, uma máquina a vapor é qualquer motor de combustão externa que converte a energia do vapor em trabalho mecânico.
A história da criação das máquinas a vapor
A ideia de uma máquina a vapor foi parcialmente estimulada por seus inventores pelo projeto de uma bomba d'água de pistão, que era conhecida na antiguidade.
O princípio de funcionamento era muito simples: quando o pistão era levantado, a água era sugada para dentro do cilindro por meio de uma válvula em seu fundo. A válvula lateral que conecta o cilindro com o tubo ascendente foi fechada neste momento, uma vez que a água deste tubo também tentou entrar no cilindro e, assim, fechou esta válvula. Quando o pistão foi abaixado, ele começou a pressionar a água do cilindro, devido ao qual a válvula inferior foi fechada e a válvula lateral aberta. Neste momento, a água do cilindro foi fornecida ao tubo ascendente. Em uma bomba de pistão, o trabalho recebido do exterior era gasto no movimento do fluido através do cilindro da bomba. Inventores motor a vapor tentei usar a mesma construção, mas apenas em direção oposta... O cilindro do pistão está no centro de todo vapor motores a pistão... As primeiras máquinas a vapor, no entanto, não eram tanto máquinas, mas bombas a vapor usadas para bombear água de minas profundas. O princípio de seu funcionamento baseava-se no fato de que, após seu resfriamento e condensação em água, o vapor ocupava 170 vezes menos espaço do que em estado aquecido. Se você deslocar o ar da vasilha com vapor aquecido, feche-o e resfrie o vapor, a pressão dentro da vasilha será muito menor do que na parte externa. A pressão atmosférica externa comprimirá tal vaso, e se um pistão for colocado nele, ele se moverá para dentro com a força maior, quanto maior sua área.
Pela primeira vez, um modelo dessa máquina foi proposto em 1690 por Papen. Denis Papen foi o assistente de Huygens e, desde 1688, professor de matemática na Universidade de Marburg. Ele teve a ideia de usar a forma de um cilindro oco para um motor atmosférico com um pistão em movimento. Papen foi confrontado com a tarefa de fazer o pistão realizar o trabalho pela força da pressão atmosférica. Em 1690 foi criado em princípio novo projeto motor a vapor. Quando aquecida, a água no cilindro transformava-se em vapor e movia o pistão para cima. Por meio de uma válvula especial, o vapor empurrou o ar e, quando o vapor condensou, um espaço rarefeito foi criado; a pressão externa empurrou o pistão para baixo. Enquanto descia, o pistão puxava uma corda com uma carga atrás dela. Papen colocou o cilindro da máquina na vertical porque o cilindro-válvula não poderia desempenhar sua função em nenhuma outra posição. Motor papen trabalho útil teve um mau desempenho, porque ele não conseguia realizar uma ação contínua. Para forçar o pistão a levantar o peso, era necessário manipular a haste da válvula e a rolha, mover a fonte de chama e resfriar o cilindro com água.
O aprimoramento das máquinas atmosféricas a vapor foi continuado por Thomas Severi. Em 1698, Thomas Severi inventou a bomba de vapor para bombear água das minas. Seu "amigo dos mineiros" trabalhava sem pistão. A sucção da água ocorria por condensação do vapor e a criação de um espaço rarefeito acima do nível da água na embarcação. Severi separou a caldeira do tanque onde ocorria a condensação. Esta máquina a vapor tinha baixa eficiência, mas ainda encontrou uso generalizado.
Mas a mais usada na primeira metade do século 18 foi a máquina a vapor de Newcomen, criada em 1711. O cilindro de vapor estava localizado em Newcomen, acima da caldeira de vapor. A haste do pistão (haste conectada ao pistão) foi conectada de forma flexível à extremidade da barra de equilíbrio. Uma haste de bomba foi conectada à outra extremidade do balanceador. O pistão foi levantado para a posição superior por um contrapeso preso à extremidade oposta da barra de equilíbrio. Além disso, o movimento ascendente do pistão foi auxiliado por vapor, que foi lançado no cilindro neste momento. Quando o pistão estava na posição extrema superior, a válvula era fechada, o que admitia o vapor da caldeira para o cilindro, e água era borrifada no cilindro. Sob a ação dessa água, o vapor no cilindro foi rapidamente resfriado, condensado e a pressão no cilindro caiu. Devido à diferença de pressão criada dentro do cilindro e fora dele, pela força da pressão atmosférica, o pistão se movia para baixo, enquanto fazia um trabalho útil - ele colocava o balanceador em movimento, que movia a haste da bomba. Assim, o trabalho útil era executado apenas quando o pistão se movia para baixo. Em seguida, o vapor foi colocado no cilindro novamente. O pistão subiu novamente e todo o cilindro foi preenchido com vapor. Quando a água foi borrifada novamente, o vapor condensou-se novamente, após o que o pistão fez um novo movimento útil para baixo e assim por diante. Na verdade, a pressão atmosférica fazia o trabalho na máquina de Newcomen, e o vapor servia apenas para criar um espaço rarefeito.
À luz do desenvolvimento posterior da máquina a vapor, a principal desvantagem da máquina Newcomen torna-se clara, o cilindro de trabalho nela era ao mesmo tempo um condensador. Por conta disso, foi necessário resfriar e aquecer alternadamente o cilindro e o consumo de combustível acabou sendo muito alto. Houve momentos em que havia 50 cavalos com o carro, que mal tinham tempo de entregar o combustível necessário. A eficiência desta máquina dificilmente ultrapassou 1%. Em outras palavras, 99% de toda a energia de aquecimento foi desperdiçada inutilmente. No entanto, essa máquina se espalhou pela Inglaterra, especialmente nas minas onde o carvão era barato. Os inventores subsequentes fizeram várias melhorias na bomba Newcomen. Em particular, em 1718, Beighton inventou um mecanismo de controle de ação automática que ligava ou desligava automaticamente o vapor e deixava a água entrar. Ele também adicionou uma válvula de segurança à caldeira a vapor.
Mas o diagrama esquemático da máquina de Newcomen permaneceu inalterado por 50 anos, até que o mecânico da Universidade de Glasgow, James Watt, retomou seu aperfeiçoamento. Nos anos 1763-1764, ele teve que consertar uma amostra da máquina de Newcomen que pertencia à universidade. Watt fez um pequeno modelo dele e começou a estudar sua ação. Ao fazer isso, ele poderia usar alguns dos dispositivos que pertenciam à universidade e usar o conselho de professores. Tudo isso permitiu que ele visse o problema de forma mais ampla do que muitos mecânicos antes dele, e ele foi capaz de criar uma máquina a vapor muito mais perfeita.
Trabalhando com o modelo, Watt descobriu que, quando o vapor era lançado em um cilindro resfriado, condensava-se em quantidades significativas nas paredes. Ficou imediatamente claro para Watt que, por mais trabalho econômicoé aconselhável manter o cilindro constantemente aquecido. Mas como, neste caso, condensar o vapor? Por várias semanas ele refletiu sobre como resolver esse problema e finalmente percebeu que o resfriamento do vapor deveria ocorrer em um cilindro separado conectado ao tubo curto principal. O próprio Watt lembrou que certa vez, durante uma caminhada noturna, passou pela lavanderia e então, vendo nuvens de vapor escapando da janela, adivinhou que o vapor, sendo um corpo elástico, deveria correr para um espaço rarefeito. Foi então que lhe ocorreu o pensamento de que a máquina de Newcomen deveria ser complementada com um recipiente separado para condensar o vapor. Uma simples bomba, acionada pela própria máquina, poderia retirar o ar e a água do condensador, de modo que ali fosse criado um espaço a cada curso da máquina.
Em seguida, Watt fez várias outras melhorias, como resultado das quais o carro assumiu a seguinte forma. Os tubos eram trazidos para os dois lados do cilindro: pelo fundo, o vapor entrava no interior da caldeira a vapor, pelo topo era descarregado no condensador. O condensador consistia em dois tubos de estanho, posicionados verticalmente e comunicando-se na parte superior por um tubo horizontal curto com uma abertura que era bloqueada por uma torneira. O fundo desses tubos era conectado a um terceiro tubo vertical que servia como bomba desviadora de ar. Os tubos que compunham o refrigerador e a bomba de ar foram colocados em um pequeno cilindro cheio de água fria. Um tubo de vapor foi conectado a uma caldeira da qual o vapor era liberado em um cilindro. Quando o vapor encheu o cilindro, a válvula de vapor foi fechada e o pistão da bomba de ar do condensador foi levantado, resultando em um espaço altamente descarregado nos tubos do condensador. O vapor correu para os tubos e se condensou ali, e o pistão subiu, carregando a carga com ele (é assim que o trabalho útil do pistão era medido). A válvula de escape foi então fechada.
Nos anos seguintes, Watt trabalhou muito para melhorar seu motor. Várias melhorias fundamentais foram feitas na máquina 1776 em comparação com o projeto 1765. O pistão foi colocado dentro do cilindro, envolto por uma camisa de vapor (camisa). Isso minimizou a perda de calor. A tampa foi fechada na parte superior, enquanto o cilindro estava aberto. O vapor entrou no cilindro da caldeira através de um tubo lateral. O cilindro foi conectado ao condensador por um tubo equipado com uma válvula de liberação de vapor. Um pouco acima desta válvula e mais perto do cilindro, uma segunda válvula de contrapeso foi colocada. Quando ambas as válvulas foram abertas, o vapor liberado da caldeira preencheu todo o espaço acima e abaixo do pistão, forçando o ar através do tubo para o condensador. Quando as válvulas foram fechadas, todo o sistema permaneceu em equilíbrio. Então eles abriram o inferior Válvula de escape separando o espaço sob o pistão do condensador. O vapor deste espaço foi direcionado para um condensador, resfriado lá e condensado. Ao mesmo tempo, um espaço rarefeito foi criado sob o pistão e a pressão caiu. De cima, o vapor da caldeira continuou a exercer pressão. Sob sua ação, o pistão desceu e fez um trabalho útil, que foi transferido para a haste da bomba com a ajuda de um balanceador. Depois que o pistão desceu para sua posição mais baixa, a válvula de equilíbrio superior foi aberta. O vapor novamente preencheu o espaço acima e abaixo do pistão. A pressão do cilindro estava equilibrada. Sob a ação de um contrapeso localizado na extremidade da barra de equilíbrio, o pistão sobe livremente (sem realizar nenhum trabalho útil). Então, todo o processo continuou na mesma sequência.
Embora esta máquina de Watt, como o motor de Newcomen, permanecesse unilateral, ela já tinha uma diferença importante - se em Newcomen o trabalho era feito por pressão atmosférica, então em Watt era feito a vapor. Ao aumentar a pressão do vapor, foi possível aumentar a potência do motor e assim influenciar o seu funcionamento. Porém, isso não eliminou a principal desvantagem desse tipo de máquina - elas realizavam apenas um movimento de trabalho, trabalhavam em solavancos e, portanto, só podiam ser utilizadas como bombas. Em 1775-1785, 66 dessas máquinas a vapor foram construídas.
Polzunov começou seu trabalho quase simultaneamente com Watt, mas com uma abordagem diferente para o problema do motor e em condições econômicas completamente diferentes. Polzunov começou com uma declaração geral de energia sobre o problema da substituição completa das usinas hidráulicas, dependendo das condições locais, por uma máquina térmica universal, mas ele não conseguia realizar seus planos ambiciosos na serva Rússia.
Em 1763 I.I. Polzunov desenvolveu um projeto detalhado de uma máquina a vapor com capacidade de 1,8 cv, e em 1764, junto com seus alunos, começou a criar uma "máquina atuadora de fogo". Na primavera de 1766, estava quase pronto. Devido ao consumo passageiro, o próprio inventor foi incapaz de ver sua criação em ação. Os testes da máquina a vapor começaram uma semana após a morte de Polzunov.
A máquina Polzunov diferia das máquinas a vapor conhecidas na época principalmente por se destinar não apenas a elevar água, mas também a operar máquinas de fábricas - soprar foles. Era um carro ação contínua, o que foi conseguido usando dois cilindros em vez de um: os pistões dos cilindros moviam-se em direção um ao outro e agiam alternadamente em um eixo comum. Em seu projeto, Polzunov indicou todos os materiais com os quais a máquina deveria ser feita, e também indicou processos tecnológicos que será necessário durante sua construção (soldagem, fundição, polimento). Especialistas dizem que o memorando que delineou o projeto se distinguiu pela extraordinária clareza de pensamento e a filigrana precisão dos cálculos.
Conforme concebido pelo inventor, o vapor da caldeira da máquina foi fornecido para um dos dois cilindros e elevou o pistão para a posição superior extrema. Em seguida, água gelada era injetada no cilindro do reservatório, o que gerava condensação do vapor. Sob a pressão da atmosfera externa, o pistão desceu, enquanto no outro cilindro, como resultado da pressão de vapor, o pistão subiu. Com a ajuda de um dispositivo especial, foram realizadas duas operações - admissão automática de vapor da caldeira aos cilindros e abastecimento automático água fria... Sistema de polia ( rodas especiais) movimento transmitido dos pistões para as bombas que bombeiam água para o reservatório e para os foles do soprador.
Em paralelo com a máquina principal, o inventor desenvolveu muitas novas peças, acessórios e dispositivos que simplificaram muito o processo de produção. Um exemplo é o regulador que ele projetou ação direta para manter um nível de água constante na caldeira. Durante os testes, foi encontrado defeitos graves motor: tratamento superficial impreciso dos cilindros usados, folga do fole do soprador, presença de carcaças nas partes metálicas, etc. Essas falhas foram explicadas pelo fato de que o nível de produção de construção de máquinas na fábrica de Barnaul ainda não era alto o suficiente . E os avanços científicos da época não permitiam calcular com precisão a quantidade necessária de água de resfriamento. No entanto, todas as deficiências foram resolvidas, e em junho de 1766 a instalação com fole foi testada com sucesso, após o que começou a construção dos fornos.
O acúmulo de novos conhecimentos práticos nos séculos 16 a 17 levou a surtos inéditos do pensamento humano. As rodas hidráulicas e eólicas giram máquinas, acionam foles, ajudam os metalúrgicos a levantar minério das minas, ou seja, onde as mãos humanas não conseguem lidar com o trabalho duro, a energia da água e do vento vem em seu auxílio. As principais conquistas da tecnologia da época não se deviam tanto aos cientistas e à ciência, mas ao árduo trabalho de hábeis inventores. As conquistas em tecnologia de mineração, na extração de vários minérios e minerais foram especialmente grandes. Era necessário extrair o minério ou carvão extraído da mina, o tempo todo bombeando a água subterrânea que inundou o empreendimento, fornecendo ar constantemente para a mina, e muitos outros trabalhos de mão-de-obra intensivos foram necessários para não interromper a mineração. Assim, a indústria em desenvolvimento exigia imperiosamente cada vez mais energia, que naquela época podia ser fornecida principalmente por rodas d'água. Eles já aprenderam a construir com força suficiente. Em conexão com o aumento da potência das rodas, o metal começou a ser cada vez mais usado para eixos e algumas outras peças. Na França, no rio Sena em 1682, o mestre R. Salem sob a liderança de A. de Ville construiu a maior instalação da época, composta por 13 rodas com diâmetro de 8 m, que serviam para movimentar mais de 200 bombas que forneceu água a uma altura de mais de 160 m, e forneceu água para as fontes de Versalhes e Marly. As primeiras fábricas de algodão usavam motor hidráulico. As máquinas de fiar de Arkwright foram movidas a água desde o início. No entanto, as rodas d'água só poderiam ser instaladas em um rio, de preferência com fluxo total e rápido. E se uma fábrica têxtil ou metalúrgica ainda pudesse ser construída nas margens do rio, então os depósitos de minério ou camadas de carvão teriam de ser desenvolvidos apenas nos locais de ocorrência. E energia também era necessária para bombear as águas subterrâneas que inundaram a mina e elevar o minério ou carvão extraído à superfície. Portanto, em minas distantes de rios, era necessário usar apenas a força dos animais.
O proprietário de uma mina inglesa em 1702 teve que manter 500 cavalos para operar as bombas que bombeiam a água da mina, o que não era lucrativo.
A indústria em desenvolvimento exigia motores potentes um novo tipo que permitiria a você criar produção em qualquer lugar. O primeiro impulso para a criação de novos motores que possam funcionar em qualquer lugar, independentemente de haver ou não um rio nas proximidades, foi justamente a necessidade de bombas e elevadores na metalurgia e mineração.
A capacidade do vapor para realizar trabalhos mecânicos é há muito conhecida pelo homem. Os primeiros vestígios do real uso inteligente do vapor na mecânica são mencionados em 1545 na Espanha, quando um capitão da Marinha
Blasco de Garay desenhou uma máquina com a qual pôs em movimento as rodas das pás laterais do navio e que, por ordem de Carlos V, foi testada pela primeira vez no porto de Barcelona durante o transporte de 4000 centners de carga por um navio ao longo de três milhas náuticas em duas horas. O inventor foi recompensado, mas a própria máquina ficou sem uso e foi entregue ao esquecimento.
No final do século XVII, nos países com produção manufatureira mais desenvolvida, surgiram elementos da nova tecnologia de máquinas a partir das propriedades e da força do vapor d'água.
Primeiras tentativas de criação motor térmico foram associados à necessidade de bombear água das minas onde o combustível foi extraído. Em 1698, o inglês Thomas Severi, ex-mineiro e então capitão da marinha mercante, propôs pela primeira vez o bombeamento de água por meio de um elevador de água a vapor. A patente da Severi dizia: "Esta nova invenção de elevar a água e obter movimento para todos os tipos de produção com a força motriz do fogo é de grande importância para drenar minas, fornecer água para cidades e produzir força motriz para fábricas de todos os tipos que não podem aproveitar a energia da água ou o constante obra do vento. " O elevador de água Severi operava segundo o princípio da sucção da água devido à pressão atmosférica na câmara, onde se criava um vácuo durante a condensação do vapor com a água fria. As máquinas a vapor de Severi eram extremamente antieconômicas e inconvenientes de operação, não podiam ser adaptadas para operar as máquinas, consumiam muita água quente, sua eficiência não era superior a 0,3%. No entanto, a demanda por bombeamento de água para fora das minas era tão grande que até mesmo essas máquinas a vapor volumosas, como uma bomba, ganharam alguma aceitação.
Thomas Newcomen (1663-1729) - inventor inglês, ferreiro de profissão. Junto com o funileiro J. Cowley, ele construiu uma bomba a vapor, experimentos de melhoria que duraram cerca de 10 anos, até que começou a funcionar corretamente. A máquina a vapor de Newcomen não era universal. O mérito de Newcomen é que ele foi um dos primeiros a implementar a ideia de usar o vapor para obter trabalho mecânico. A Sociedade de Historiadores Tecnológicos da Grã-Bretanha leva seu nome. Em 1711, Newcomen, Cowley e Severi formaram a "Companhia dos Detentores de Direitos da Invenção de uma Instalação para Levantamento de Água pelo Fogo". Enquanto esses inventores detinham a patente do "uso do poder do fogo", todo o seu trabalho na fabricação de máquinas a vapor era realizado com a mais estrita confidencialidade. O sueco Trivald, que estava ajustando as máquinas de Newcomen, escreveu: “... os inventores Newcomen e Cowley eram muito desconfiados e cuidadosos em manter a si próprios e a seus filhos em segredo da construção e aplicação de sua invenção. O enviado espanhol à corte inglesa, que veio de Londres com um grande séquito de estrangeiros para examinar a nova invenção, nem mesmo foi autorizado a entrar na sala em que as máquinas estavam localizadas. " Mas na década de 20 do século 18, a patente terminou e muitos engenheiros começaram a fabricar instalações de levantamento de água. Surgiu literatura descrevendo essas atitudes.
A disseminação das máquinas a vapor universais na Inglaterra no início do século XIX. confirma a enorme importância da nova invenção. Se for a década de 1775 a 1785. 66 carros foram construídos dupla açao com uma potência total de 1.288 hp, então de 1785 a 1795. Já foram criadas 144 máquinas de dupla ação com capacidade total de 2009 cv, e nos próximos cinco anos - de 1795 a 1800. - 79 carros com capacidade total de 1296 cv
Na verdade, o uso industrial da máquina a vapor começou em 1710, quando os trabalhadores ingleses Newcomen e Cowley construíram pela primeira vez uma máquina a vapor que acionava uma bomba instalada em uma mina para bombear água dela.
No entanto, a máquina de Newcomen não era uma máquina a vapor no sentido moderno da palavra, uma vez que a força motriz nela, como antes, não era o vapor d'água, mas a pressão atmosférica do ar. Portanto, este carro foi chamado de "atmosférico". Embora na máquina o vapor d'água servisse, como na máquina Severi, principalmente para criar um vácuo no cilindro, um pistão móvel já foi proposto aqui - a parte principal de uma moderna máquina a vapor.
Na fig. 4.1 mostra o elevador a vapor Newcomen-Cowley. Quando a haste de sucção 1 e a carga 2 foram baixadas, o pistão 4 subiu e o vapor entrou no cilindro 5 através da válvula aberta 7 da caldeira 8, cuja pressão excedia ligeiramente a atmosférica. O vapor servia para levantar parcialmente o pistão em um cilindro aberto na parte superior, mas seu papel principal era criar um vácuo nele. Para tanto, quando o pistão da máquina atingiu sua posição superior, a válvula 7 foi fechada, e água fria foi injetada do recipiente 3 através da válvula 6 para dentro do cilindro. O vapor de água condensou-se rapidamente e a pressão atmosférica fez com que o pistão voltasse ao fundo do cilindro, fazendo com que a haste de sucção se levantasse. O condensado foi descarregado do cilindro por um tubo 9, o pistão foi novamente levantado devido ao fornecimento de vapor e o processo descrito acima foi repetido. A máquina Newcomen é um mecanismo do tipo lote.
A máquina a vapor Newcomen era mais perfeita do que a máquina Severi, mais fácil de operar, mais econômica e mais produtiva. Porém, as máquinas dos primeiros lançamentos funcionavam de forma muito antieconômica, para gerar uma potência de um cavalo-vapor por hora, eram queimados até 25 kg de carvão, ou seja, a eficiência ficava em torno de 0,5%. A introdução da distribuição automática dos fluxos de vapor e água simplificou a manutenção da máquina, o tempo de curso do pistão foi reduzido para 12-16 minutos, o que reduziu as dimensões da máquina e tornou o design mais barato. Apesar de alto consumo combustível, esse tipo de máquina rapidamente se espalhou. Já na década de 20 do século 18, essas máquinas funcionavam não só na Inglaterra, mas também em muitos países europeus - na Áustria, Bélgica, França, Hungria, Suécia, foram usadas por quase um século na indústria do carvão e no abastecimento de água para as cidades. Na Rússia, a primeira máquina atmosférica a vapor de Newcomen foi instalada em 1772 em Kronstadt para bombear água do cais. O predomínio das máquinas Newcomen é evidenciado pelo fato de o último carro desse tipo na Inglaterra ter sido desmontado apenas em 1934.
Ivan Ivanovich Polzunov (1728–1766) foi um talentoso inventor russo que nasceu na família de um soldado. Em 1742, Nikita Bakharev, mecânico da fábrica de Yekaterinburg, precisava de alunos perspicazes. A escolha recaiu sobre I. Polzunov e S. Cheremisinov, de quatorze anos, que ainda estudavam na Escola de Aritmética. A educação teórica na escola deu lugar ao conhecimento prático do trabalho das então mais modernas máquinas e instalações da fábrica de Yekaterinburg na Rússia. Em 1748, Polzunov foi transferido para Barnaul para trabalhar nas fábricas Kolyvano-Voskresensk. Após um estudo independente de livros sobre metalurgia e mineralogia, em abril de 1763, Polzunov propôs um projeto de uma máquina a vapor totalmente original, que diferia de todas as máquinas conhecidas na época por ser projetada para acionar foles e ser uma unidade de ação contínua . Em seu memorando sobre a "máquina operadora de fogo" datado de 26 de abril de 1763, Polzunov, em suas próprias palavras, queria " ... dobrando a máquina de fogo suprimir a gestão da água e, para estes casos, destruí-la completamente, e em vez de represas para a base móvel da planta, estabelecê-la de forma que pudesse suportar todos os encargos que lhe são impostos, normalmente necessários para abanando uma fogueira, para vestir e, à nossa vontade, o que será necessário, para corrigir. " E então escreveu: “Para alcançar esta glória (se as forças o permitirem) a Pátria e para que seja em benefício de todo o povo, devido ao grande conhecimento do uso de coisas que não são muito familiares a este dia (como outras ciências), para o costume. " No futuro, o inventor sonhava em adaptar a máquina para outras necessidades. Projeto I.I. Polzunova foi apresentado à chancelaria czarista em São Petersburgo. A decisão de Catarina II foi a seguinte: "Sua Majestade Imperial não é apenas ele, Polzunov, misericordiosamente satisfeito de estar, mas pelo grande encorajamento que ela se dignou: dê as boas-vindas a Evo, Polzunov, aos mecânicos com a patente e o salário de capitão- tenente, e dar-lhe 400 rublos como recompensa "...
As máquinas de Newcomen, que funcionavam perfeitamente como dispositivos de levantamento de água, não podiam de forma alguma satisfazer a necessidade urgente de motor universal... Eles apenas pavimentaram o caminho para a criação de versáteis motores a vapor contínuos.
Na fase inicial de desenvolvimento de motores a vapor, é necessário destacar “ maquina de fogo Polzunov, capataz de mineração russo. O motor era destinado a acionar os mecanismos de um dos fornos de fundição da usina de Barnaul.
De acordo com o projeto de Polzunov (Fig. 4.2), o vapor da caldeira (1) foi alimentado em um, digamos, o cilindro esquerdo (2), onde elevou o pistão (3) para a posição superior extrema. Em seguida, um jato de água fria (4) foi injetado do reservatório no cilindro, o que levou à condensação do vapor. Como resultado da pressão atmosférica no pistão, ele desceu, enquanto no cilindro direito, como resultado da pressão do vapor, o pistão subiu. A distribuição do vapor de água na máquina Polzunov foi realizada por um especial dispositivo automático(5). A força de trabalho contínua dos pistões da máquina era transmitida a uma polia (6) montada em um eixo, a partir da qual o movimento era transmitido a um dispositivo de distribuição de água-vapor, uma bomba de alimentação, bem como a um eixo de trabalho, a partir do qual o os foles do soprador foram acionados.
O motor Polzunov pertencia ao tipo "atmosférico", mas nele o inventor introduziu pela primeira vez a soma do trabalho de dois cilindros com pistões em um eixo comum, o que garantiu um curso do motor mais uniforme. Quando um dos cilindros estava em ponto morto, o outro tinha um curso de trabalho. O motor tinha distribuição automática de vapor e pela primeira vez não estava diretamente conectado com maquina de trabalho... I.I. Polzunov criou seu carro em condições extremamente difíceis, com suas próprias mãos, sem ter fundos necessários e máquinas especiais. Não havia artesãos qualificados à sua disposição: a administração da fábrica designou quatro alunos para Polzunov e dois trabalhadores aposentados. O machado e outras ferramentas simples usadas na fabricação das máquinas convencionais eram de pouca utilidade aqui. Polzunov teve que projetar e construir independentemente um novo equipamento para sua invenção. A construção de uma grande máquina, com cerca de 11 metros de altura, direto da chapa, nem mesmo testada em um modelo, sem especialistas, exigiu um esforço tremendo. O carro foi construído, mas em 27 de maio de 1766 I.I. Polzunov morreu de tuberculose passageira, não tendo vivido uma semana antes dos testes da "grande máquina". A máquina em si, testada pelos alunos de Polzunov, não só se pagou, mas também teve lucro, trabalhou por 2 meses, não recebeu mais melhorias e, após uma pane, foi abandonada e esquecida. Depois do motor Polzunov, meio século se passou antes que os motores a vapor começassem a ser usados na Rússia.
A máquina de Newcomen foi muito melhorada ao longo do século de sua existência, mas permaneceu "atmosférica" e não atendeu às necessidades da tecnologia de manufatura em rápido crescimento, que exigia a organização do movimento rotacional em alta velocidade.
As pesquisas de muitos inventores tiveram como objetivo atingir esse objetivo. Só na Inglaterra, no último quarto do século XVIII, mais de uma dúzia de patentes foram emitidas para motores universais de vários sistemas. No entanto, apenas James Watt foi capaz de oferecer à indústria uma máquina a vapor universal.
Watt começou seu trabalho na máquina a vapor quase simultaneamente com Polzunov, mas em condições diferentes. Na Inglaterra, nessa época, a indústria estava se desenvolvendo rapidamente. Watt foi ativamente apoiado por Bolton, o proprietário de várias fábricas na Inglaterra, que mais tarde se tornou seu companheiro, o parlamento, teve a oportunidade de usar engenheiros altamente qualificados. Em 1769, Watt patenteou uma máquina a vapor com um condensador separado e, em seguida, o uso de excesso de pressão de vapor no motor, o que reduziu significativamente o consumo de combustível. Watt foi justamente o criador da máquina a vapor de pistão.
Na fig. 4.3, é um diagrama de uma das primeiras máquinas a vapor de Watt. Uma caldeira a vapor 1 com um cilindro de pistão 3 está conectada a uma linha de vapor 2, através da qual o vapor é periodicamente admitido na cavidade superior acima do pistão 4 e na cavidade inferior sob o pistão do cilindro. Essas cavidades são conectadas ao condensador por um tubo 5, onde o vapor residual é condensado com água fria e um vácuo é criado. A máquina tem uma barra de equilíbrio 6 que conecta o pistão a um eixo de manivela com uma biela 7, na extremidade da qual um volante 8 é encaixado.
Pela primeira vez, a máquina utiliza o princípio da dupla ação do vapor, que consiste no fato de o vapor fresco ser injetado no cilindro da máquina alternadamente nas câmaras de ambos os lados do pistão. A introdução de Watt do princípio de expansão do vapor consistiu no fato de que o vapor fresco foi admitido no cilindro apenas para uma parte do curso do pistão, então o vapor foi cortado e mais movimento do pistão foi realizado devido à expansão de vapor e uma queda na pressão.
Assim, na máquina de Watt, a força motriz decisiva não era a pressão atmosférica, mas a elasticidade do vapor de alta pressão que move o pistão. O novo princípio de operação com vapor exigia uma mudança completa no design da máquina, especialmente no cilindro e na distribuição de vapor. Para eliminar a condensação de vapor no cilindro, Watt introduziu primeiro a camisa de vapor do cilindro, com a qual começou a aquecer suas paredes de trabalho com vapor, e isolou a parte externa da camisa de vapor. Uma vez que Watt não pode aplicar mecanismo de manivela(para tal transferência, uma patente protetora foi obtida pelo inventor francês Picard), então em 1781 ele obteve a patente de cinco métodos de conversão de um movimento de balanço em um de rotação contínua. No início, ele usou uma roda planetária ou solar para esse propósito. Finalmente, Watt introduziu um controlador de velocidade centrífuga para alterar a quantidade de vapor fornecida ao cilindro da máquina conforme o número de revoluções era alterado. Assim, Watt em sua máquina a vapor estabeleceu os princípios básicos da estrutura e operação da máquina a vapor moderna.
As máquinas a vapor de Watt operavam com vapor saturado de baixa pressão de 0,2–0,3 MPa em baixa rpm. Os motores a vapor modificados desta forma deram excelentes resultados reduzindo várias vezes o consumo de carvão por hp / h (cavalos de potência por hora) em comparação com as máquinas Newcomen, e deslocou a roda d'água da indústria de mineração. Em meados dos anos 80 do século XVIII. o projeto da máquina a vapor foi finalmente desenvolvido, e a máquina a vapor de dupla ação tornou-se uma máquina térmica universal, que encontrou ampla aplicação em quase todos os setores da economia de muitos países. No século 19, usinas de energia a vapor para içamento de minas, sopradores de energia a vapor, usinas de energia a vapor de rolamento, martelos a vapor, bombas de vapor, etc.
Aumento adicional na eficiência A usina a vapor foi alcançada pelo contemporâneo de Watt, Arthur Wolff na Inglaterra, introduzindo a expansão múltipla do vapor em sucessão em 2, 3 e até 4 etapas, enquanto o vapor passava de um cilindro da máquina para outro.
A rejeição do balanceador e o uso de expansão múltipla de vapor levaram à criação de novas formas construtivas de máquinas. Os motores de dupla expansão passaram a ter a forma de dois cilindros - um cilindro de alta pressão (HPC) e um cilindro de baixa pressão (LPC), que recebia o vapor de exaustão após o HPC. Os cilindros foram localizados horizontalmente (máquina composta, Fig. 4.4, a), ou em série, quando ambos os pistões são colocados em uma haste comum (máquina tandem, Fig. 4.4, b).
Grande valor para melhorar a eficiência. Em meados do século XIX, as locomotivas a vapor passaram a utilizar vapor superaquecido com temperatura de até 350 ° C, o que permitiu reduzir o consumo de combustível para 4,5 kg por cv / h. O uso de vapor superaquecido foi proposto pela primeira vez pelo cientista francês G.A. Girn.
George Stephenson (1781-1848) nasceu em uma família da classe trabalhadora e trabalhou nas minas de carvão de Newcastle, onde seu pai e avô também trabalharam. Ele se autodidata muito, estudou física, mecânica e outras ciências, interessou-se pela atividade inventiva. A notável habilidade de Stephenson o levou à posição de mecânico e, em 1823, foi nomeado engenheiro-chefe da empresa para a construção da primeira ferrovia. uso comum Stockton-Darlington; isso abriu para ele grandes oportunidades de design e trabalho inventivo.
Na Rússia, as primeiras locomotivas a vapor foram construídas pelos mecânicos e inventores russos Cherepanovs - Efim Alekseevich (pai, 1774-1842) e Miron Efimovich (filho, 1803-1849), que trabalharam nas fábricas de Nizhniy Tagil e ex-servos dos criadores de Demidov . Por meio da autoeducação, os Cherepanovs se tornaram pessoas instruídas, eles visitaram fábricas em São Petersburgo e Moscou, na Inglaterra e na Suécia. Por sua atividade inventiva, Miron Cherepanov e sua esposa receberam liberdade gratuita em 1833. Efim Cherepanov e sua esposa receberam liberdade em 1836. Os Cherepanovs criaram cerca de 20 locomotivas a vapor diferentes que funcionavam nas fábricas de Nizhniy Tagil.
Alta pressão de vapor para motores a vapor foi aplicada pela primeira vez por Oliver Evans na América. Isso levou a uma redução adicional no consumo de combustível de até 3 kg por HP / h. Mais tarde, os projetistas de locomotivas a vapor começaram a usar motores a vapor multicilindros, vapor de sobrepressão e um dispositivo de reversão.
No século XVIII. havia um desejo bastante compreensível de usar a máquina a vapor no transporte terrestre e aquático. No desenvolvimento de motores a vapor, uma direção independente foi feita por locomotivas - usinas a vapor móveis. A primeira instalação deste tipo foi desenvolvida pelo construtor inglês John Smith. Na verdade, o desenvolvimento do transporte de vapor começou com a instalação de tubos de fumaça em caldeiras de tubo de fogo, o que aumentou significativamente sua produção de vapor.
Muitas tentativas foram feitas para desenvolver locomotivas a vapor - locomotivas a vapor, modelos operacionais foram construídos (Fig. 4.5, 4.6). Destas, destaca-se a locomotiva a vapor "Raketa", construída pelo talentoso inventor inglês George Stephenson (1781-1848) em 1825 (ver Fig. 4.6, a, b).
A Rocket não foi a primeira locomotiva a vapor projetada e construída por Stephenson, mas esta superou as outras em muitos aspectos e foi reconhecida como a melhor locomotiva em uma exposição especial em Reyhill e foi recomendada para a nova ferrovia Liverpool-Manchester, que se tornou naquele tempo exemplar. Em 1823, Stephenson organizou a primeira fábrica de locomotivas a vapor em Newcastle. Em 1829, um concurso para a melhor locomotiva a vapor foi organizado na Inglaterra, o vencedor do qual foi o carro de J. Stephenson. Sua locomotiva a vapor "Raketa", desenvolvida com base em uma caldeira de tubo de fumaça, com uma massa de trem de 17 toneladas, desenvolveu uma velocidade de 21 km / h. Mais tarde, a velocidade do "Foguete" foi aumentada para 45 km / h.
As ferrovias começaram a funcionar no século 18. um grande papel. A primeira ferrovia de passageiros da Rússia, com uma extensão de 27 km, foi construída por empresários estrangeiros em 1837 entre São Petersburgo e Pavlovsk por decisão do governo czarista. A ferrovia de via dupla São Petersburgo-Moscou começou a operar em 1851.
Em 1834, o pai e o filho dos Cherepanovs construíram a primeira locomotiva a vapor russa (ver Fig. 4.6, c, d), que transportava uma carga de 3,5 toneladas a uma velocidade de 15 km / h. Suas locomotivas subsequentes transportaram uma carga de 17 toneladas.
As tentativas de usar a máquina a vapor no transporte aquático vêm sendo feitas desde o início do século XVIII. Sabe-se, por exemplo, que o físico francês D. Papin (1647-1714) construiu um barco movido por uma máquina a vapor. É verdade que Papen não obteve sucesso neste assunto.
O problema foi resolvido Inventor americano Robert Fulton (1765–1815) nasceu em Little Briton (agora Fulton), Pensilvânia. É curioso notar que os primeiros grandes sucessos na criação de motores a vapor para a indústria, ferrovia e transporte aquaviário caíram sobre o lote. pessoa talentosa que dominaram o conhecimento por meio da autoeducação. Fulton não foi exceção a esse respeito. Mais tarde, ao se tornar um engenheiro mecânico, Fulton, que veio de uma família pobre, inicialmente se dedicou muito à autodidatismo. Fulton morou na Inglaterra, onde se dedicou à construção de estruturas hidráulicas e à solução de uma série de outros problemas técnicos. Enquanto estava na França (em Paris), ele construiu o submarino "Nautilus" e um navio a vapor, que foi testado no rio Sena. Mas isso foi apenas o começo.
O verdadeiro sucesso chegou a Fulton em 1807: após retornar à América, ele construiu o vapor de rodas de 15 toneladas Claremont, movido por uma máquina a vapor de 20 litros. com., que em agosto de 1807 fez o primeiro vôo de Nova York a Albany com uma extensão de cerca de 280 km.
O desenvolvimento da companhia de navegação, tanto fluvial como marítimo, foi bastante rápido. Isso foi facilitado pela transição das estruturas de madeira para as estruturas de aço dos navios, um aumento na potência e velocidade dos motores a vapor, a introdução de uma hélice e uma série de outros fatores.
Com a invenção da máquina a vapor, o homem aprendeu a transformar a energia concentrada no combustível em movimento, em trabalho.
A máquina a vapor é uma das poucas invenções na história que mudou dramaticamente a imagem do mundo, revolucionou a indústria, o transporte e deu ímpeto a uma nova ascensão do conhecimento científico. Foi um motor universal da indústria e dos transportes ao longo do século XIX, mas as suas capacidades deixaram de corresponder às exigências dos motores que surgiram no âmbito da construção de centrais eléctricas e da utilização de mecanismos de alta velocidade no final do século XIX.
Uma turbina de alta velocidade com maior eficiência está entrando na arena técnica como uma nova máquina térmica, em vez de uma máquina a vapor de baixa velocidade.
Watt, James (1736-1819), engenheiro e inventor escocês. Nasceu em 19 de janeiro de 1736 em Greenock, perto de Glasgow (Escócia), no seio de uma família de comerciantes. Devido a problemas de saúde, Watt não estudou muito formalmente, mas aprendeu muito sozinho. Na adolescência, ele gostava de astronomia, experimentos químicos, aprendeu a fazer tudo com as próprias mãos e até ganhou o título de “pau para toda obra” das pessoas ao seu redor.
A maioria das pessoas o considera o inventor da máquina a vapor, mas isso não é inteiramente verdade.
As máquinas a vapor construídas por D. Papen, T. Severi, I. Polzunov, T. Newcomen começaram a trabalhar em minas muito antes de D. Watt. Eles diferiam estruturalmente, mas o principal neles era que o movimento do pistão era causado pela alternância de aquecimento e resfriamento do cilindro de trabalho. Por isso, eram lentos e consumiam muito combustível.
Em 19 de janeiro de 1736, nasceu James Watt (James Watt, 1736-1819), um notável engenheiro e inventor escocês, famoso principalmente como o criador de uma máquina a vapor aprimorada. Mas na história da medicina intensiva, ele deixou uma marca brilhante com sua colaboração com o "Instituto Médico Pneumático" de Thomas Beddo (Beddoes, Thomas, 1760-1808). James Watt forneceu aos laboratórios do instituto o equipamento necessário. Graças à sua participação, foram criados e testados no Instituto de Pneumática os primeiros inaladores, espirómetros, medidores de gás, etc.
O próprio James Watt, assim como sua esposa e um de seus filhos, participaram repetidamente de experimentos científicos. "Instituto Pneumático" tornou-se um verdadeiro centro científico, em que foram estudadas as propriedades de vários gases e seus efeitos no corpo humano. Pode-se dizer que Thomas Beddo e seus colaboradores foram os pioneiros e precursores da terapia respiratória moderna. Infelizmente, Thomas Beddo acreditava erroneamente que a tuberculose era causada pelo excesso de oxigênio.
Portanto, o filho de James Watt, Gregory, passou por um tratamento completamente inútil com dióxido de carbono inalado no Instituto de Pneumática. No entanto, foi no Instituto de Pneumática que o oxigênio foi usado pela primeira vez para fins terapêuticos; foram desenvolvidos os fundamentos da terapia por aerossol; pela primeira vez a capacidade total dos pulmões foi medida pelo método de diluição de hidrogênio (G. Davy), etc. O ponto culminante da colaboração entre Watt e Beddo no uso terapêutico de vários gases foi seu livro conjunto "Materiais sobre o uso médico de variedades artificiais do ar", publicado em duas edições (1794, 1795), e que se tornou o primeiro livro-texto especial na oxigenoterapia.
Em 1755, Watt foi para Londres para estudar mecânica e fabricante de instrumentos matemáticos e astronômicos. Depois de dominar um programa de estudos de sete anos em um ano, Watt voltou para a Escócia e conseguiu um emprego como mecânico na Universidade de Glasgow. Ao mesmo tempo, ele abriu sua própria oficina.
Na Universidade de Watt, ele conheceu o grande químico escocês Joseph Black (1728-1799), que descobriu o dióxido de carbono em 1754. Esse encontro contribuiu para o desenvolvimento de uma série de novos dispositivos químicos necessários às pesquisas futuras de Black, como o gelo calorímetro. Neste momento, Joseph Black estava envolvido no problema de determinar o calor de vaporização, e Watt estava envolvido em fornecer lado técnico experimentos.
Em 1763, como mecânico universitário, ele foi convidado a consertar o modelo universitário da máquina a vapor de T. Newcomen.
Uma pequena digressão na história da criação das máquinas a vapor deve ser feita aqui. Uma vez que fomos ensinados na escola, mencionando o "chauvinismo de grande potência", que a máquina a vapor foi inventada pelo servo mecânico russo Ivan Polzunov, e não por algum James Watt, cujo papel na criação das máquinas a vapor às vezes podia ser lido no " errado "com o ponto de vista patriótico dos livros. Mas, na verdade, o inventor da máquina a vapor não é Ivan Polzunov, nem James Watt, mas o engenheiro inglês Thomas Newcomen (1663-1729).
Além disso, a primeira tentativa de colocar vapor ao serviço do homem foi feita na Inglaterra já em 1698 pelo engenheiro militar Thomas Savery (1650? -1715). Ele criou um elevador de água a vapor, destinado a drenar minas e bombear água, e se tornou o protótipo de uma máquina a vapor.
A máquina de Savery funcionava da seguinte maneira: primeiro, um tanque selado era enchido com vapor, depois a superfície externa do tanque era resfriada com água fria, que condensava o vapor, e um vácuo parcial era criado no tanque. Em seguida, a água, por exemplo, do fundo da mina, era sugada para o tanque pelo tubo de admissão e, após a injeção do vapor seguinte, era expelida pelo escapamento. Em seguida, o ciclo se repetiu, mas a água só poderia ser levantada de uma profundidade inferior a 10,36 m, pois na realidade era empurrada para fora pela pressão atmosférica.
Esta máquina não teve muito sucesso, mas levou Papen à brilhante ideia de substituir a pólvora pela água. E em 1698 ele construiu uma máquina a vapor (no mesmo ano o inglês Savery também construiu sua “máquina de bombeiros”). A água era aquecida dentro de um cilindro vertical com um pistão dentro, e o vapor resultante empurrava o pistão para cima. Quando o vapor esfriou e condensou, o pistão foi empurrado para baixo pela pressão atmosférica. Assim, por meio de um sistema de blocos, a máquina de Papen poderia acionar vários mecanismos, por exemplo, bombas.
O inventor inglês Thomas Newcomen (1663 - 1729) estava familiarizado com as máquinas a vapor de Savery e Papen, que frequentemente visitava as minas em West Country, onde trabalhava como ferreiro, e portanto entendia bem como bombas confiáveis eram necessárias para evitar as inundações de minas. Ele se juntou ao encanador e vidraceiro John Callie em um esforço para construir um modelo melhor. Sua primeira máquina a vapor foi instalada em uma mina de carvão em Staffordshire em 1712.
Como na máquina de Papen, o pistão se movia em um cilindro vertical, mas em geral a máquina de Newcomen era muito mais sofisticada. Para eliminar a lacuna entre o cilindro e o pistão, Newcomen fixou um disco de couro flexível na extremidade deste e derramou um pouco de água sobre ele.
O vapor da caldeira entrou na base do cilindro e levantou o pistão. Quando a água fria foi injetada no cilindro, o vapor condensou, um vácuo foi formado no cilindro e o pistão afundou sob a influência da pressão atmosférica. Esse golpe de costas retirava a água do cilindro e, por meio de uma corrente conectada a um balancim que se movia como um balanço, erguia a haste da bomba. Quando o pistão estava no ponto mais baixo de seu curso, o vapor entrou novamente no cilindro e, com a ajuda de um contrapeso preso à haste da bomba ou no balancim, o pistão foi levantado à sua posição original. Depois disso, o ciclo foi repetido.
O carro de Newcomen acabou sendo um grande sucesso para a época e foi usado em toda a Europa por mais de 50 anos. Foi usado para bombear água de várias minas no Reino Unido. Foi o primeiro produto em grande escala na história da tecnologia (vários milhares de unidades foram produzidas).
Em 1740, uma máquina com cilindro de 2,74 m de comprimento e 76 cm de diâmetro executava em um dia o trabalho que equipes de 25 pessoas e 10 cavalos, em turnos, faziam em uma semana.
Em 1775 ainda mais Carrão, construído por John Smeaton (criador do Farol de Eddystone), drenou uma doca em Kronstadt (Rússia) em duas semanas. Anteriormente, com o uso de altos moinhos de vento, demorava um ano inteiro.
Mesmo assim, o carro de Newcomen estava longe de ser perfeito. Ele convertia apenas cerca de 1% da energia térmica em energia mecânica e, como resultado, consumia uma grande quantidade de combustível, o que, no entanto, não importava muito quando a máquina estava trabalhando em minas de carvão.
Em geral, as máquinas de Newcomen desempenharam um grande papel na preservação da indústria do carvão. Com a ajuda deles, foi possível retomar a mineração de carvão em muitas minas inundadas.
Sobre a invenção de Newcomen, podemos dizer que era realmente uma máquina a vapor, ou melhor, uma máquina atmosférica a vapor. Foi distinguido dos protótipos anteriores de motores a vapor pelo seguinte:
* a força motriz era a pressão atmosférica e a rarefação era alcançada durante a condensação do vapor;
* havia um pistão no cilindro, que fazia um curso de trabalho sob a ação do vapor;
* vácuo foi obtido como resultado da condensação de vapor quando água fria foi injetada no cilindro.
Portanto, de fato, o inventor da máquina a vapor é justamente o inglês Thomas Newcomen, que desenvolveu sua máquina a vapor atmosférica em 1712 (meio século antes de Watt).
Fazendo uma breve excursão pela história da criação das máquinas a vapor, não se pode ignorar a personalidade de nosso notável compatriota Ivan Ivanovich Polzunov (1729-1766), que construiu uma máquina atmosférica a vapor antes de James Watt. Como mecânico nas usinas de mineração Kolyvano-Voskresensk em Altai, em 25 de abril de 1763, ele propôs um projeto e uma descrição de uma "máquina de combate a incêndio". O projeto acabou na mesa do gerente da fábrica, que o aprovou e o enviou para São Petersburgo, de onde logo veio a resposta: "... Esta invenção dele para uma nova invenção deve ser homenageada."
Polzunov propôs construir no início carro pequeno, no qual seria possível identificar e eliminar todas as desvantagens inevitáveis em uma nova invenção. Os patrões da fábrica não concordaram com isso e decidiram construir imediatamente uma máquina enorme para um soprador poderoso. Em abril de 1764, Polzunov começou a construir uma máquina 15 vezes mais potente do que o projeto de 1763.
Ele tirou a ideia de uma máquina atmosférica a vapor do livro de I. Schlatter "Uma instrução detalhada no negócio de minério ..." (São Petersburgo, 1760).
Mas o motor do Polzunov era fundamentalmente diferente dos carros ingleses de Savery e Newcomen. Aqueles eram monocilíndricos e adequados apenas para bombear água de minas. O motor contínuo de dois cilindros de Polzunov poderia fornecer explosão para o forno e bombear água. No futuro, o inventor esperava adaptá-lo para outras necessidades.
A construção da máquina foi confiada a Polzunov, que foi auxiliado por "quem não sabe, mas apenas uma inclinação para o fazer, tendo dois artesãos locais", e ainda vários trabalhadores auxiliares. Com esta "equipe" Polzunov começou a construir seu próprio carro. Demorou um ano e nove meses para construir. Quando a máquina já havia passado no primeiro teste, o inventor adoeceu com consumo transitório e no dia 16 (28) de maio de 1766, poucos dias antes dos testes finais, morreu.
Em 23 de maio de 1766, apenas os alunos de Polzunov, Levzin e Chernitsyn, começaram a últimos testes motor a vapor. Na "Nota do Dia" de 4 de julho, notou-se que "a máquina funcionava bem" e, em 7 de agosto de 1766, toda a instalação, uma máquina a vapor e um poderoso soprador, foi colocada em funcionamento. Em apenas três meses de operação, o carro de Polzunov não só justificou todos os custos de sua construção no valor de 7.233 rublos e 55 copeques, mas também deu um lucro líquido de 12.640 rublos e 28 copeques. No entanto, em 10 de novembro de 1766, depois que a caldeira queimou, a máquina ficou parada por 15 anos, 5 meses e 10 dias. Em 1782, o carro foi desmontado. (Enciclopédia do Território de Altai. Barnaul. 1996. T. 2. S. 281-282; Barnaul. Crônica da cidade. Barnaul. 1994. h. 1.p.30).
Ao mesmo tempo, na Inglaterra, James Watt também trabalhou na criação de uma máquina a vapor. Em 1763, como mecânico universitário, ele foi convidado a consertar o modelo universitário da máquina a vapor de T. Newcomen.
Ao depurar o modelo universitário da máquina atmosférica a vapor de T. Newcomen, Watt se convenceu da baixa eficiência dessas máquinas. Ele teve a ideia de melhorar os parâmetros da máquina a vapor. Estava claro para ele que a principal desvantagem da máquina de Newcomen era a alternância de aquecimento e resfriamento do cilindro. Como podemos evitar isso? A resposta veio a Watt em uma tarde de domingo de primavera em 1765. Ele percebeu que um cilindro poderia permanecer quente o tempo todo se o vapor fosse drenado para um tanque separado por meio de uma tubulação com uma válvula antes da condensação. Nesse caso, a transferência do processo de condensação do vapor para fora do cilindro deve ajudar a reduzir o consumo de vapor. Além disso, o cilindro pode permanecer quente e o condensador frio se a parte externa for coberta com material de isolamento térmico.
As melhorias que Watt introduziu na máquina a vapor (regulador centrífugo, condensador de vapor separado, vedações, etc.), não só aumentaram a eficiência da máquina, mas também finalmente transformaram a máquina atmosférica a vapor em uma máquina a vapor e, o mais importante, a máquina tornou-se facilmente controlável.
Em 1768, ele solicitou a patente de sua invenção. Ele recebeu uma patente em 1769, mas demorou muito para construir uma máquina a vapor. E somente em 1776, com o apoio financeiro do Dr. Rebeck, o fundador da primeira planta metalúrgica na Escócia, a máquina a vapor de Watt foi finalmente construída e testada com sucesso.
O primeiro carro de Watt acabou sendo dobrado mais eficiente que uma máquina Newcomen. Curiosamente, o desenvolvimento que se seguiu à invenção original de Newcomen foi baseado no conceito de "desempenho" do motor, o que significava o número de libras de água bombeadas por alqueire de carvão. A quem pertence a ideia desta unidade é agora desconhecido. Essa pessoa não entrou para a história da ciência, mas, provavelmente, foi algum proprietário de mina de mão fechada que percebeu que alguns motores funcionavam com mais eficiência do que outros e não podiam permitir uma grande taxa de produção em uma mina próxima.
E embora os testes da máquina tenham sido bem sucedidos, durante o seu exploração adicional ficou claro que o primeiro modelo de Watt não foi totalmente bem-sucedido e a colaboração com Rebecque foi interrompida. Apesar da falta de fundos, Watt continuou trabalhando para melhorar a máquina a vapor. Seu trabalho interessou a Matthew Boulton, um engenheiro e rico fabricante que possuía uma usina de metal em Soho, perto de Birmingham. Em 1775, Watt e Boulton firmaram um acordo de parceria.
Em 1781, James Watt recebeu a patente pela invenção do segundo modelo de sua máquina. Entre as inovações introduzidas nele e nos modelos subsequentes estão:
* um cilindro de dupla ação, no qual o vapor era fornecido alternadamente em lados opostos do pistão, enquanto o vapor gasto entrava no condensador;
* uma camisa contra chamas que envolveu o cilindro de trabalho para reduzir as perdas de calor e um carretel;
* conversão do movimento alternativo do pistão em movimento rotacional do eixo, primeiro por meio do mecanismo biela-manivela, e depois usando a transmissão por engrenagem, que era o protótipo caixa de engrenagem planetária;
* um regulador centrífugo para manter uma velocidade constante do eixo e um volante para reduzir a rotação irregular.
Em 1782, esta máquina notável, a primeira máquina a vapor universal de "dupla ação", foi construída. Watt equipou a cabeça do cilindro com um retentor de óleo, inventado não muito antes, que garantia a liberdade de movimento da haste do pistão, mas impedia que o vapor escapasse do cilindro. O vapor entrou no cilindro alternadamente de um lado do pistão, depois do outro, criando um vácuo com lado oposto cilindro. Portanto, o pistão fez cursos de trabalho e reversos com a ajuda do vapor, que não estava em carros velhos.
Além disso, em 1782, James Watt introduziu o princípio do expansor, dividindo o fluxo de vapor em um cilindro no início de seu fluxo de modo que se expandisse o resto do ciclo sob sua própria pressão. A ação de expansão significa alguma perda de potência, mas ganho em "produtividade". De todas essas idéias de Watt, a mais útil foi a idéia de ação expansiva. Em sua implementação prática posterior, foi muito útil diagrama indicador, criado por volta de 1790 pelo assistente James Southern de Watt.
O indicador era um registrador que podia ser acoplado ao motor para marcar a pressão no cilindro em função do volume de vapor fornecido em um determinado curso. A área sob essa curva era uma medida do trabalho realizado em um determinado ciclo de clock. O indicador foi usado para ajustar o motor da forma mais eficiente possível. Esse mesmo diagrama mais tarde tornou-se parte do famoso ciclo de Carnot (Sadi Carnot, 1796-1832) na termodinâmica teórica.
Visto que a haste do pistão puxava e empurrava uma máquina a vapor de dupla ação, o antigo sistema de acionamento por corrente e balancim, que apenas reagia ao puxar, teve que ser redesenhado. Watt desenvolveu um sistema de ligação acoplado e usou um mecanismo planetário para converter o movimento alternativo da haste do pistão em movimento rotativo, usando um volante pesado, um regulador de velocidade centrífuga, uma válvula de disco e um manômetro para medir a pressão de vapor.
A máquina a vapor universal, de dupla ação e rotação contínua (Watt Steam Engine) foi amplamente adotada e desempenhou um papel significativo na transição para produção de máquina.
A "máquina a vapor rotativa" patenteada por James Watt foi amplamente usada pela primeira vez para movimentar máquinas e tornos em fiações e tecelagens e, posteriormente, em outras empresas industriais. Isso levou a um aumento acentuado da produtividade do trabalho. Foi a partir desse momento que os ingleses começaram a contar o início da grande revolução industrial, que levou a Inglaterra a uma posição de liderança no mundo.
O motor de James Watt era adequado para qualquer máquina, e os inventores dos mecanismos automotores não demoraram a tirar vantagem disso. Assim, a máquina a vapor veio para o transporte (vapor de Fulton, 1807; locomotiva a vapor de Stephenson, 1815). Graças à sua vantagem nos meios de transporte, a Inglaterra tornou-se a maior potência do mundo.
Em 1785, Watt patenteou a invenção de um novo forno de caldeira e, no mesmo ano, uma das máquinas de Watt foi instalada em Londres na cervejaria Samuel Whitbread para moer malte. A máquina fez o trabalho em vez de 24 cavalos. O diâmetro do cilindro era de 63 cm, o curso do pistão era de 1,83 m e o diâmetro do volante chegava a 4,27 m. O carro sobreviveu até hoje e hoje pode ser visto em ação no Museu Powerhouse em Sydney.
Fundada em 1775, a Boulton & Watt passou por todas as vicissitudes da vida, desde a queda na demanda por seus produtos até a defesa de seus direitos inventivos em tribunal. No entanto, desde 1783, os negócios desta empresa, que monopolizava a produção de motores a vapor, foram para o alto. Assim, James Watt tornou-se um homem muito rico, e Watt forneceu assistência ao "Instituto Médico Pneumático" Thomas Beddo (Beddoes, Thomas, 1760-1808), com quem começou a cooperar nessa época.
Apesar de sua vigorosa atividade na criação de motores a vapor, Watt aposentou-se de seu cargo na Universidade de Glasgow apenas em 1800. Oito anos após sua aposentadoria, ele estabeleceu o "Prêmio Watt" para os melhores alunos e professores da universidade. O laboratório técnico da universidade em que iniciou sua carreira passou a levar seu nome. O nome de James Watt também leva uma faculdade em Greenock (Escócia), a cidade natal do inventor.
Evolução da máquina a vapor de J. Watt
1774 Steam
bomba de depósito 1781 motor a vapor
com um torque no eixo 1784 Motor a vapor
dupla ação com KShM
É interessante que, certa vez, Watt propôs tal unidade como "cavalo-vapor" como uma unidade de potência. Esta unidade de medida sobreviveu até hoje. Mas na Inglaterra, onde Watt é reverenciado como o pioneiro da Revolução Industrial, eles decidiram o contrário. Em 1882, a British Association of Engineers decidiu chamá-la de unidade de poder. Agora, o nome de James Watt pode ser lido em qualquer lâmpada. Este foi o primeiro caso na história da tecnologia de atribuir um nome próprio a uma unidade de medida. A partir desse caso, começou a tradição de atribuir nomes próprios às unidades de medida.
Watt viveu vida longa e morreu em 19 de agosto de 1819 em Heathfield, perto de Birmingham. No monumento a James Watt está escrito: "Aumentou o poder do homem sobre a natureza." É assim que os contemporâneos avaliavam as atividades dos famosos Inventor inglês.
Motor a vapor
Motor a vapor- um motor térmico de combustão externa que converte a energia do vapor de água em trabalho mecânico do movimento alternativo do pistão e, a seguir, no movimento de rotação do eixo. Em um sentido mais amplo, uma máquina a vapor é qualquer motor de combustão externa que converte a energia do vapor em trabalho mecânico.
A primeira máquina a vapor foi construída no século XVII. Papen em 1690 e representava um cilindro com um pistão que era levantado pela ação do vapor e baixado pela pressão atmosférica após a condensação do vapor de exaustão. Seguindo o mesmo princípio, as locomotivas a vapor de Severi e Newcomen foram construídas em 1705 para bombear água das minas. As melhorias finais na máquina a vapor foram feitas por James Watt em 1769.
Invenção e desenvolvimento
motor vapor watt manufatura
O primeiro dispositivo conhecido, movido a vapor, foi descrito por Heron de Alexandria no primeiro século. O vapor que escapava tangencialmente dos bicos presos à esfera fazia com que esta girasse. Real turbina a vapor foi inventado muito mais tarde, no Egito medieval, pelo astrônomo, físico e engenheiro turco do século 16 Takiyuddin ash-Shami. Ele propôs um método de girar o espeto por meio de um jato de vapor direcionado às lâminas fixadas ao longo da borda da roda. Uma máquina semelhante foi proposta em 1629 pelo engenheiro italiano Giovanni Branca para girar um dispositivo de âncora cilíndrico, que por sua vez levantava e soltava um par de pilões em almofarizes. O fluxo de vapor nessas primeiras turbinas a vapor não era concentrado e a maior parte de sua energia era dissipada em todas as direções, resultando em perdas significativas de energia.
No entanto, o desenvolvimento posterior da máquina a vapor exigia um ambiente econômico no qual os projetistas de motores pudessem se beneficiar de seus resultados. Essas condições não existiam nem na antiguidade, nem na Idade Média, nem na Renascença. A primeira máquina foi criada pelo inventor espanhol Jeronimo Ayans de Beaumont, cujas invenções influenciaram a patente de T. Severi. O princípio de operação e uso de motores a vapor também foi descrito em 1655 pelo inglês Edward Somerset. Em 1663, ele publicou um projeto e instalou um dispositivo movido a vapor para elevar a água até a parede da Grande Torre do Castelo Raglan (as reentrâncias na parede onde o motor foi instalado ainda eram visíveis no século 19). No entanto, ninguém estava disposto a arriscar dinheiro por este novo conceito revolucionário, e a máquina a vapor permaneceu subdesenvolvida. Uma das experiências do físico e inventor francês Denis Papin foi criar um vácuo em um cilindro fechado. Em meados da década de 1670, em Paris, em colaboração com o físico holandês Huygens, ele trabalhou em uma máquina que forçava o ar para fora de um cilindro explodindo pólvora nele. Vendo a incompletude do vácuo criado por isso, Papen, após sua chegada à Inglaterra em 1680, criou uma versão do mesmo cilindro, na qual recebeu um vácuo mais completo com o auxílio de água fervente, que se condensou no cilindro. Assim, ele foi capaz de levantar o peso preso ao pistão com uma corda lançada sobre a polia. O sistema funcionou apenas como modelo de demonstração: para repetir o processo, todo o aparato teve que ser desmontado e remontado. Papen percebeu rapidamente que, para automatizar o ciclo, o vapor deve ser produzido separadamente em uma caldeira. Portanto, Papen é considerado o inventor da caldeira a vapor, abrindo caminho para a máquina a vapor de Newcomen. No entanto, ele não ofereceu o projeto de uma máquina a vapor em operação. Papen também projetou um barco movido por uma roda reativa em uma combinação dos conceitos de Taqi ad-Din e Severi; ele também é creditado com a invenção de muitos dispositivos importantes como uma válvula de segurança.
Nenhum dos dispositivos descritos foi realmente usado como meio de resolver problemas úteis. A primeira máquina a vapor usada na produção foi uma "máquina de bombeiros" projetada pelo engenheiro militar inglês Thomas Severi em 1698. Severi recebeu uma patente para seu dispositivo em 1698. Era uma bomba de pistão a vapor e, obviamente, não muito eficiente, visto que o calor do vapor era perdido a cada vez durante o resfriamento do recipiente, e bastante perigosa na operação, pois devido à alta pressão do vapor, os recipientes e tubulações do motor às vezes explodiu. Como esse dispositivo podia ser usado tanto para girar as rodas de um moinho de água quanto para bombear água de minas, o inventor o chamou de "amigo do mineiro".
Em seguida, o ferreiro inglês Thomas Newcomen demonstrou seu "motor atmosférico" em 1712. Foi uma máquina a vapor Severi melhorada em que Newcomen reduziu significativamente pressão de operação par. A primeira aplicação do motor Newcomen foi bombear água de um poço profundo. Na bomba da mina, o balancim foi conectado a um impulso que desceu para a câmara da bomba na mina. Movimentos alternativos de empuxo eram transmitidos ao pistão da bomba, que fornecia água para o topo. Foi a bomba Newcomen que se tornou a primeira máquina a vapor a ser amplamente utilizada na prática.
Em 1781, James Watt patenteou uma máquina a vapor que produzia um movimento giratório contínuo de um eixo (em oposição à bomba a vapor de Newcomen). O motor Watt de dez cavalos de potência tornou-se possível, com carvão e água, ser instalado e usado em qualquer lugar para qualquer finalidade. É costume associar o início da Revolução Industrial na Inglaterra ao motor Watt.
O primeiro motor a vapor a vácuo de dois cilindros na Rússia foi projetado pelo mecânico I.I. Polzunov em 1763 e construído em 1764 para operar os foles nas fábricas Barnaul Kolyvano-Voskresensk.
Outro aumento de eficiência foi o uso de vapor de alta pressão (americano Oliver Evans e inglês Richard Trevithick). Trevithick construiu com sucesso os motores industriais de alta pressão de um só tempo conhecidos como "Cornish Engines". Eles operaram a 50 psi, ou 345 kPa (3,405 atmosferas). No entanto, à medida que a pressão aumentava, havia também um grande perigo de explosões em máquinas e caldeiras, o que inicialmente causava inúmeros acidentes. Deste ponto de vista, a maioria elemento importante a máquina de alta pressão tinha uma válvula de segurança que liberava o excesso de pressão. A operação confiável e segura começou somente com o acúmulo de experiência e a padronização dos procedimentos de construção, operação e manutenção dos equipamentos.
O inventor francês Nicolas-Joseph Cugno em 1769 demonstrou o primeiro veículo automotor a vapor em operação: o "fardier a vapeur" (carroça a vapor). Talvez sua invenção possa ser considerada o primeiro automóvel. O trator automotor a vapor revelou-se muito útil como fonte móvel de energia mecânica que acionava outras máquinas agrícolas: debulhadoras, prensas, etc. Em 1788, um barco a vapor construído por John Fitch já fazia um serviço regular no Rio Delaware entre Filadélfia (Pensilvânia) e Burlington (Estado de Nova York). Ele ergueu 30 passageiros a bordo e caminhou a uma velocidade de 7 a 8 nós. Em 21 de fevereiro de 1804, a primeira locomotiva automotora a vapor ferroviária, construída por Richard Trevithick, estava em exibição na Penidarren Steel Works em Merthyr Tydville, South Wales.
O processo de invenção da máquina a vapor, como costuma ser o caso na tecnologia, se estendeu por quase um século, de modo que a escolha da data para esse evento é bastante arbitrária. No entanto, ninguém nega que o avanço que levou à revolução tecnológica foi realizado pelo escocês James Watt.
As pessoas pensavam em usar o vapor como meio de trabalho mesmo nos tempos antigos. No entanto, apenas na virada dos séculos XVII-XVIII. conseguiu encontrar uma maneira de fazer um trabalho útil com o vapor. Uma das primeiras tentativas de colocar o vapor a serviço do homem foi feita na Inglaterra em 1698: a máquina do inventor Svery foi projetada para drenar minas e bombear água. É verdade que a invenção de Savery ainda não era um motor no sentido pleno da palavra, uma vez que, com exceção de várias válvulas que eram abertas e fechadas manualmente, não havia partes móveis nele. A máquina de Savery funcionava da seguinte maneira: primeiro, um tanque selado era enchido com vapor, depois a superfície externa do tanque era resfriada com água fria, que condensava o vapor, e um vácuo parcial era criado no tanque. Em seguida, a água - por exemplo, do fundo da mina - era sugada para o tanque pelo tubo de admissão e, após a injeção do vapor seguinte, era despejada.
A primeira máquina a vapor com pistão foi construída pelo francês Denis Papin em 1698. A água era aquecida dentro de um cilindro vertical com um pistão e o vapor resultante empurrava o pistão para cima. Quando o vapor esfriou e condensou, o pistão foi empurrado para baixo pela pressão atmosférica. Por meio de um sistema de blocos, a máquina a vapor de Papen poderia acionar vários mecanismos, como bombas.
Uma máquina mais perfeita foi construída em 1712 pelo ferreiro inglês Thomas Newcomen. Como na máquina de Papen, o pistão se movia em um cilindro vertical. O vapor da caldeira entrou na base do cilindro e levantou o pistão. Quando a água fria foi injetada no cilindro, o vapor condensou, um vácuo foi formado no cilindro e o pistão afundou sob a influência da pressão atmosférica. Esse golpe de costas retirava a água do cilindro e, por meio de uma corrente conectada a um balancim que se movia como um balanço, erguia a haste da bomba. Quando o pistão estava no ponto mais baixo de seu curso, o vapor entrou novamente no cilindro e, com a ajuda de um contrapeso preso à haste da bomba ou no balancim, o pistão foi levantado à sua posição original. Depois disso, o ciclo foi repetido.
A máquina Newcomen tem sido amplamente utilizada na Europa há mais de 50 anos. Na década de 1740, uma máquina com cilindro de 2,74 m de comprimento e 76 cm de diâmetro fazia o trabalho em um dia que uma equipe de 25 pessoas e 10 cavalos, em turnos, fazia em uma semana. E, no entanto, sua eficiência era extremamente baixa.
A revolução industrial se manifestou de forma mais vívida na Inglaterra, principalmente na indústria têxtil. O descompasso entre a oferta de tecidos e o rápido aumento da demanda atraiu os melhores designers para o desenvolvimento de máquinas de fiação e tecelagem. Os nomes de Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves entraram para sempre na história da tecnologia inglesa. Mas as máquinas de fiar e tecer criadas por eles precisavam de um motor universal qualitativamente novo, que continuamente e uniformemente (isso é o que uma roda d'água não poderia fornecer) colocaria as máquinas em movimento rotacional unidirecional. Foi aqui que o talento do famoso engenheiro, o "mago de Greenock" James Watt, apareceu em todo o seu brilho.
Watt nasceu na cidade escocesa de Greenock na família de um construtor naval. Enquanto trabalhava como aprendiz em oficinas em Glasgow, nos primeiros dois anos, James adquiriu as qualificações de um gravador, um mestre na fabricação de instrumentos matemáticos, geodésicos, ópticos e vários instrumentos de navegação. Seguindo o conselho de seu tio, um professor, James entrou na universidade local como mecânico. Foi aqui que Watt começou a trabalhar em motores a vapor.
James Watt tentou melhorar o motor atmosférico a vapor de Newcomen, que, em geral, era adequado apenas para bombear água. Estava claro para ele que a principal desvantagem da máquina de Newcomen era a alternância de aquecimento e resfriamento do cilindro. Em 1765, Watt teve a ideia de que um cilindro poderia estar permanentemente quente se o vapor fosse drenado para um tanque separado por meio de uma tubulação com uma válvula antes da condensação. Além disso, Watt fez várias outras melhorias que finalmente transformaram o motor atmosférico a vapor em um motor a vapor. Por exemplo, ele inventou um mecanismo de dobradiça - "paralelogramo de Watt" (assim chamado porque alguns dos elos - alavancas que o compõem formam um paralelogramo), que convertia o movimento alternativo do pistão em movimento de rotação do eixo principal. Agora os teares podiam funcionar continuamente.
Em 1776, o carro de Watt foi testado. Sua eficiência acabou sendo o dobro da máquina de Newcomen. Em 1782, Watt construiu a primeira máquina a vapor universal de dupla ação. O vapor entrou no cilindro alternadamente de um lado do pistão e depois do outro. Portanto, o pistão fazia um curso de trabalho e reverso com a ajuda do vapor, o que não acontecia nas máquinas anteriores. Visto que a haste do pistão puxava e empurrava uma máquina a vapor de dupla ação, o antigo sistema de acionamento por corrente e balancim, que apenas reagia ao puxar, teve que ser redesenhado. Watt desenvolveu um sistema de ligação acoplado e usou um mecanismo planetário para converter o movimento alternativo da haste do pistão em movimento rotativo, usando um volante pesado, um regulador de velocidade centrífuga, uma válvula de disco e um manômetro para medir a pressão de vapor. A "máquina a vapor rotativa" patenteada de Watt foi amplamente usada pela primeira vez em fiações e tecelagens e, mais tarde, em outras empresas industriais. O motor de Watt era adequado para qualquer máquina, e os inventores dos mecanismos automotores não demoraram a tirar vantagem disso.
A máquina a vapor de Watt foi realmente a invenção do século e o início da Revolução Industrial. Mas o inventor não parou por aí. Os vizinhos mais de uma vez assistiram com espanto enquanto Watt perseguia cavalos pela campina, puxando pesos especialmente selecionados. Foi assim que surgiu a unidade de força - cavalos de força, que posteriormente recebeu reconhecimento universal.
Infelizmente, as dificuldades financeiras obrigaram Watt, já na idade adulta, a realizar levantamentos geodésicos, trabalhar na construção de canais, construir portos e marinas e, finalmente, ir para uma aliança economicamente escravizante com o empresário John Rebeck, que logo sofreu um colapso financeiro total.