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James Watt, padre de la locomotora de vapor moderna


James Watt fue un inventor, ingeniero mecánico y químico escocés más famoso por su trabajo en la primera máquina de vapor moderna del mundo. Modificaría la máquina de vapor Newcomen para mejorar su eficiencia a través de su pensamiento creativo y conocimiento científico del diseño de instrumentos. El trabajo de James en la máquina de vapor resultaría ser una contribución sustancial al mundo y una que, en gran parte, ayudaría a impulsar la Revolución Industrial en casa en Gran Bretaña y en el resto del mundo.

James inicialmente se dedicaría a la construcción de instrumentos en la Universidad de Glasgow. Mientras estaba allí, se interesaría por las máquinas de vapor. Rápidamente se daría cuenta de que las máquinas de vapor existentes desperdician energía al enfriar y recalentar repetidamente el cilindro. Para solucionar esto, introdujo una mejora sencilla pero significativa en el diseño. Un condensador separado. Esto evitó la necesidad de desperdiciar energía y mejoró radicalmente la potencia, la eficiencia y la rentabilidad de las máquinas de vapor.

James Watt mejoraría gradualmente el diseño del motor a lo largo de los años. Añadió movimiento giratorio y amplió las aplicaciones de los motores para usos más allá del simple bombeo de agua. Watt intentaría comercializar su invento, pero experimentó muchos contratiempos financieros. Eso fue hasta que se asoció con Matthew Boulton en 1775. La pareja formaría una nueva empresa, Boulton y Watt, que eventualmente se convertiría en un gran éxito. Watt eventualmente se convertiría en un hombre muy rico.

Durante su retiro, Watt seguiría jugando. Desarrolló varios inventos nuevos, pero ninguno de ellos fue tan importante como la máquina de vapor. Más tarde moriría a la madura edad de 83 años.

Primeros años

James Watt nació el 19 de enero de 1736 en Greenock, Renfrewshire, Escocia. Su padre era tesorero y magistrado de Greenock. También dirigió un exitoso negocio de construcción de barcos y casas.

Su madre, Agnes Muirhead, provenía de una familia distinguida y tenía una buena educación. Ambos padres eran presbiterianos y fuertes Covenanters. El abuelo de Watt, Thomas Watt, era en realidad profesor de matemáticas y depositario del barón de Cartsburn. Curiosamente, dado el hecho de que fue criado por padres religiosos, más tarde se convertiría en deísta.

La infancia de James estaría plagada de dolores de muelas y migrañas. Debido a esta condición médica, no pudo asistir a la escuela con regularidad. Debido a esto, James fue enseñado en casa por sus padres inicialmente. Su madre le enseñó a leer a James, mientras que su padre le enseñó aritmética y escritura. Más tarde asistiría a una escuela primaria donde aprendió latín, griego y matemáticas.

James Watt mostraría un gran nivel de destreza manual, habilidades de ingeniería y aptitud para las matemáticas. Otros temas como el latín y el griego no le interesaron mucho.

Una parte importante de la educación de James fueron los talleres de su padre. Aquí James trabajó con sus propias herramientas, banco e incluso una fragua. Pasaba su tiempo en los talleres haciendo modelos como grúas y órganos de barril. Rápidamente también se familiarizó con los instrumentos del barco.

El tiempo que pasó en los talleres de su padre lo ayudó a decidir rápidamente qué quería hacer con su vida, al menos al principio. Durante la adolescencia de James, su padre perdería su herencia debido a desastres comerciales y la muerte de su madre.

James elige su destino

A los 17 años, James decidió convertirse en fabricante de instrumentos matemáticos. James Watt se mudó por primera vez a Glasgow, donde uno de los parientes de su madre dio una conferencia en la universidad. James también conocería a Robert Dick mientras estaba en Glasgow. Dick animó a Watt a dominar la habilidad de hacer instrumentos al mudarse y trabajar como aprendiz en Londres. James actuó siguiendo este consejo y en 1755 se mudó a Londres después de encontrar un maestro dispuesto a enseñarle.

Ese maestro dispuesto era un tal John Morgan. Era un fabricante de instrumentos que accedió a aceptarlo, pero con poca paga. James terminaría trabajando muchas horas continuamente en un taller frío. Debido a esto, su salud se deterioró.

Sus habilidades superaron a los otros aprendices de John y pudo completar su mandato en un año, que normalmente se extendía hasta siete años. La salud de James se deterioró en un año, pero había aprendido lo suficiente como para "trabajar tan bien como la mayoría de los oficiales". Después de este tiempo, James regresó a Glasgow una vez más.

Como James no había completado un aprendizaje oficial de siete años, el Glasgow Guild of Hammerman (la organización que tenía jurisdicción sobre un artesano que usaba un martillo) bloqueó su solicitud a pesar de que no había ningún fabricante de instrumentos matemáticos en Escocia en ese momento.

La situación de Watt se vio favorecida por la llegada desde Jamaica de instrumentos astronómicos que fueron legados a la Universidad de Glasgow. Estos instrumentos requirieron la atención de expertos. Watt logró restaurarlos a su estado de funcionamiento y fue reembolsado en consecuencia. Estos instrumentos finalmente se instalaron en el Observatorio Macfarlane. Por su excelente trabajo con los instrumentos, tres profesores le ofrecieron la oportunidad de montar un pequeño taller dentro de la universidad.

Montaje de tienda

Esto se inició en 1757. Allí fabricó y vendió instrumentos matemáticos como cuadrantes, brújulas y escalas. También ayudaría con demostraciones. Mientras estaba en el campus universitario, James conoció a muchos científicos y, en particular, se hizo amigo del químico y físico británico Joseph Black.

Joseph luego desarrollaría el concepto de calor latente. James también se haría amigo del famoso Adam Smith.

En 1758 James conoció a John Craig, un empresario y arquitecto local. Los dos formaron una sociedad que le permitió a James abrir otra tienda en Glasgow para vender instrumentos musicales y juguetes. Esta asociación duró seis años y la pareja eventualmente empleó hasta dieciséis trabajadores. Craig murió tristemente en 1765. Uno de sus empleados, Alex Gardner, finalmente se hizo cargo del negocio, que en realidad duró hasta bien entrado el siglo XX.

En 1764 se casó con su prima Margaret Miller, quien, antes de que ella muriera nueve años después en el parto, le dio seis hijos.

Motor de James

En 1764 James se encontró reparando una máquina de vapor modelo Newcomen. Watt rápidamente se dio cuenta de lo ineficiente que era el diseño, desperdiciaba mucho vapor. James decidió luchar con el diseño para mejorar su eficiencia. En 1765 finalmente se le ocurrió una solución.

El motor Newcomen se había utilizado durante casi 50 años para bombear agua de las minas. Su diseño apenas había cambiado en ese momento.

La idea de James era proporcionar al motor un condensador separado. Este iba a ser su primer y mayor invento. Watt había notado que el problema con la máquina de vapor Newcomen era la pérdida de calor latente. En ese momento, la comprensión de la máquina de vapor estaba en un estado muy primitivo. La ciencia de la termodinámica no se formalizaría durante al menos otros 100 años.

James logró reparar el modelo pero apenas funcionó. Continuó experimentando con él y descubrió que alrededor de las tres cuartas partes de la energía térmica del motor se consumían al calentar el cilindro del motor en cada ciclo. Esta energía se desperdició porque más adelante en el ciclo se inyectó agua fría en el cilindro para condensar el vapor y reducir su presión. Por lo tanto, al calentar y enfriar repetidamente el cilindro, el motor desperdicia la mayor parte de su energía térmica en lugar de convertirla en energía mecánica.

Esta pérdida de calor latente fue un gran defecto con el motor Newcomen en opinión de James. La solución de Watt haría que la condensación se efectuara en una cámara distinta del cilindro principal pero conectada a él.

James tiene una idea

En 1765Watt fue golpeado por la inspiración. Se dio cuenta de que era hacer que el vapor se condensara en un cilindro separado del pistón. James también se dio cuenta de que el motor necesitaría mantener la temperatura del cilindro a la misma temperatura que el vapor inyectado rodeándolo con una "camisa de vapor".

Esto significaría que el cilindro absorbía muy poca energía cada vez que realizaba un ciclo. Esto produciría un aumento considerable de la disponibilidad de energía para realizar trabajos útiles.

Más tarde, James conocería al médico, químico e inventor británico John Roebuck. John fue el fundador de Carron Works y fue él quien animó a James a fabricar su propio motor. James Watt y John se asociarían juntos después de que él hiciera un pequeño motor de prueba. Su prototipo fue posible gracias a algunos préstamos de Joseph Black.

Roebuck vivía en Kinneil House, Bo'ness en ese momento y Watt trabajaría para perfeccionar el motor en una pequeña cabaña adyacente a la casa. El caparazón de las cabañas y una gran parte de uno de sus experimentos todavía existen hoy.

El progreso del motor se detuvo debido a la dificultad de mecanizar el pistón y el cilindro de su motor. Los herreros de la época eran más parecidos a los herreros que a los maquinistas de hoy en día. Por lo tanto, no pudieron producir los componentes con suficiente precisión.

Al año siguiente, Watt obtuvo la famosa patente de "Un nuevo método inventado para reducir el consumo de vapor y combustible en los motores de bomberos". Esto se llevó a cabo con un gran coste de capital.

James consigue un trabajo

James Watt se había quedado sin dinero en efectivo. Esto lo obligó a buscar empleo. En 1766 Watt se había convertido en agrimensor. Los siguientes ocho años de su vida los consumió marcando rutas para canales en Escocia. Este trabajo se comió severamente su tiempo y su trabajo en su nueva máquina de vapor se vio seriamente retrasado.

Su socio Roebuck lamentablemente iría a la quiebra en 1772. Un fabricante e ingeniero inglés, Matthew Boulton, que también era el fabricante de Soho Works en Birmingham, se hizo cargo de las acciones de Roebuck en la patente de Watt. Después de ocho años de agrimensura, James se cansaría de la tarea. En parte debido a su nueva asociación con Boulton, James se mudó a Birmingham en 1774.

Su asociación con Boulton le proporcionaría a James acceso a algunos de los mejores herreros del mundo. Esto ayudó enormemente a producir piezas con la precisión necesaria para su motor.

El motor de James Watt fue un éxito instantáneo

La patente de James Watt fue ampliada por el Parlamento británico en 1775. El mismo año, Boulton y Watt formarían una sociedad más oficial que duraría más de 25 años. El apoyo financiero que proporcionó Boulton permitió el rápido progreso del motor de Watt. Tan rápido, de hecho, que por 1776 Se instalaron dos motores y estaban en pleno funcionamiento.

Se entregó e instaló un motor para bombear agua en la mina de Staffordshire. El otro se utilizó para soplar aire en los hornos de las forjas de John Wilkinson. En 1776 James también se casaría nuevamente con su nueva esposa Ann MacGregor. Ella le dio dos hijos más.

Durante los próximos cinco años, hasta 1781, James Watt pasaría largos períodos de tiempo en Cornualles. Aquí instaló y supervisó numerosos motores de bombeo para las lucrativas minas de cobre y estaño de la zona. El motor de James se había vuelto muy solicitado ya que los gerentes de mina buscaban formas de reducir los costos, incluidos los costos de combustible.

Producción de franquicias

Los primeros motores de James Watt no fueron fabricados directamente por Boulton y Watt. Más bien, fueron autorizados para que otros los hicieran siguiendo los dibujos y planos hechos por Watt. James a menudo sería necesario para servir como ingeniero consultor para su producción. Watt supervisó inicialmente el montaje y la puesta a punto del motor en persona. Más tarde por otros hombres en el empleo de su empresa.

Estas primeras máquinas eran bastante grandes. Uno de los primeros, por ejemplo, tenía un cilindro con un diámetro de 127 cm y una altura de 7 metros. Se requirió que se ensamblaran en un edificio dedicado para albergarlo. Boulton y Watt cobrarían un pago anual por las máquinas. Esto se estableció como 1/3 del valor del carbón ahorrado en comparación con un motor Newcomen existente que realiza el mismo trabajo.

Watt, a pesar de toda su perspicacia científica y de ingeniería, no era un hombre de negocios. Se vio obligado a soportar una intensa negociación para obtener derechos de autor adecuados por sus motores. A pesar de esto, por 1780 A James le estaba yendo bastante bien económicamente. Su socio, Boulton, sin embargo, estaba teniendo dificultades para reunir capital. Al año siguiente, Boulton vio la apertura de un nuevo mercado en las industrias del maíz, la malta y el algodón.

Boulton detecta nuevas oportunidades

Boulton instó a James Watt a inventar alguna forma de movimiento giratorio para sus máquinas de vapor. La idea era reemplazar la acción recíproca del original. En 1781 él hizo precisamente eso. Su así llamado engranaje solar y planetario proporcionaba el movimiento mediante el cual un eje producía dos revoluciones por cada ciclo del motor.

En 1782 James estaba en racha. Inventó y patentó el motor de doble efecto. Este motor tenía un pistón que empujaba y tiraba. El motor requería un nuevo método para conectar rígidamente el pistón a la viga.

Su solución fue desarrollada en 1784 cuando inventó el movimiento paralelo. Esta es una disposición de bielas que guían la varilla del pistón en un movimiento perpendicular, que él describió como "uno de los mecanismos más ingeniosos y simples que he ideado". Boulton sugeriría más tarde la necesidad del gobernador centrífugo para el control automático de la velocidad del motor. Watt tomaría sus sugerencias y las aplicaría con éxito en 1788. Por 1790 también inventó y agregó un manómetro. Esto virtualmente completó lo que conocemos hoy como Watt Engine.

Años despues

Rápidamente llegaron pedidos para su motor de molinos de papel, molinos de harina, molinos de algodón, molinos de hierro, destilerías, canales y obras hidráulicas. Tantos, de hecho, que por 1790 Watt se había convertido en un hombre rico. Hasta la fecha, había recibido alrededor £76,000 en regalías de sus patentes sobre el anterior 11 años. Sin embargo, sus últimos años no fueron consumidos por completo por sus máquinas de vapor.

James Watt era miembro de la Sociedad Lunar de Birmingham. Este era un grupo de escritores y científicos que deseaban avanzar en las ciencias y las artes. Watt también pasaría su tiempo experimentando con la resistencia de los materiales. James también estuvo involucrado a menudo en procedimientos legales para proteger sus patentes.

En 1785 Watt y Boulton fueron elegidos miembros de la Royal Society of London. También comenzaría a pasar tiempo en vacaciones. Incluso compró una propiedad en Doldowlod, Radnorshire. Por 1795 Watt comenzó a retirarse lentamente del negocio. Por 1880 James se acercaba rápidamente a la edad de jubilación. 1880 también resultó ser el año en que sus patentes y su asociación empezarían a expirar.

Watt estableció una nueva firma en 1794, Boulton y Watt. Esta empresa construyó Soho Foundry para fabricar motores de vapor de manera más competitiva. También fue por esta época cuando el hijo de Watt de su primer matrimonio, James, comenzó a darle problemas.

Problemas familiares

James Watt Junior era un joven simpatizante de la Revolución Francesa. Había sido criticado abiertamente en el Parlamento por presentarse en 1792, un discurso de la Sociedad Constitucional de Manchester a la Société des Amis de la Constitution (el Club Jacobin) en París.

El largo retiro de Watt también se entristeció más tarde por la repentina muerte de otro hijo de su segundo matrimonio, Gregory. También sobreviviría a muchos de sus viejos y más cercanos amigos. A pesar de esto, James viajó a Escocia, Francia y Alemania cuando se firmó el Tratado de Amiens en 1802.

James Watt continuaría su trabajo en la buhardilla de su casa. Aquí lo había construido y equipado como un pequeño taller. James continuó jugando e inventando y de hecho desarrolló una máquina de esculpir con la que reproducía bustos y figuras originales para sus amigos.

James también trabajó como consultor de Glasgow Water Company. Los logros de Watt fueron ampliamente reconocidos durante su vida. Fue nombrado doctor en leyes por la Universidad de Glasgow en 1806 y un asociado extranjero de la Academia Francesa de Ciencias en 1814 y se le ofreció un puesto de baronet, que rechazó.

Muerte y legado

James Watt murió el 25 de agosto de 1819. Tenía 83 años.

La máquina de vapor de James Watt fue un desarrollo verdaderamente innovador y, posiblemente, la clave de la Revolución Industrial. Su máquina se hizo increíblemente popular y se instaló en muchas empresas en todo el Reino Unido. Tal fue su contribución a la ciencia y la tecnología que una unidad de poder fue nombrada en su honor, el Watt.

El Watt, en caso de que no lo sepa, es una unidad SI igual a un Joule de trabajo realizado por segundo. Esto equivale a alrededor de 1/746 de caballos de fuerza (para caballos de fuerza mecánicos y eléctricos). Algunos científicos también argumentan que la invención de su movimiento paralelo (o motor de doble acción) en 1784 debería marcar el comienzo de la controvertida Época del Antropoceno. Este es un intervalo aún no oficial del Tiempo Geológico.

En Mayo de 2009, el Banco de Inglaterra anunció que Boulton y Watt aparecerán en el nuevo £50 Nota. Este diseño es el primero en presentar un retrato doble en cualquier billete del Banco de Inglaterra. Esta imagen mostraba a los dos hombres, uno al lado del otro, yuxtapuestos con imágenes de la máquina de vapor de Watt y las obras de Boulton en el Soho. Las citas atribuidas a cada uno de los hombres están inscritas en la nota: "Vendo aquí, señor, lo que todo el mundo desea tener: PODER" (Boulton) y "No puedo pensar en nada más que en esta máquina" (Watt).

En 2011, James Watt también fue uno de los siete miembros inaugurales del Salón de la Fama de la Ingeniería de Escocia.


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