James Watt e la macchina a vapore che ha innescato la Rivoluzione industriale

Subito dopo il primo significato, quello astronomico, alla voce ‘rivoluzione’ del Dizionario Zingarelli si legge: “rapida e radicale trasformazione economico-sociale, dovuta all’applicazione sistematica e su scala sempre più vasta di nuove scoperte scientifiche e tecnologiche”. Proprio così è avvenuto in Inghilterra tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo: nel volgere di pochi decenni la società inglese si è trasformata al punto da non essere più sovrapponibile a quella precedente. A un sistema economico e sociale basato sull’agricoltura, sull’artigianato e sul commercio si è progressivamente affiancata la produzione industriale che sfruttava l’energia del vapore per far fare alle macchine una parte del lavoro degli uomini.

In meno di un secolo, in Inghilterra sono nate le fabbriche e gli operai, una nuova classe sociale prettamente urbana che ha modificato l’assetto sociale del paese. Si è trattato di una vera e propria rivoluzione, la Rivoluzione Industriale, che si è diffusa anche negli altri paesi europei e ha avuto importanti ricadute anche sull’arte, sulla politica, sulla filosofia e la salute pubblica. A dare lo slancio al cambiamento sono stati diversi fattori, ma un elemento tecnologico è risultato essere decisivo: il motore a vapore. A perfezionarlo al punto da indurre una vera e propria rivoluzione è stato James Watt.

James Watt in un ritratto del pittore Carl Frederik von Breda del 1792

 

Chi è James Watt?

James Watt nasce a Greenock, in Scozia, nel 1736. La sua è un’infanzia segnata dall’emicrania e da problemi ai denti, la cui unica gioia è imparare il mestiere di falegname dal padre. È un’educazione a un sapere pratico che risulta decisiva intorno ai diciott’anni, quando la sua abilità manuale si affina a Londra, dove lavora come apprendista da un costruttore di strumenti e utensili: nel giro di pochi mesi è più bravo del titolare dall’impresa. Tornato in Scozia dopo la scomparsa del padre e della madre, proprio grazie a queste sue capacità, Watt trova impiego nel laboratorio dell’Università di Glasgow che costruisce gli attrezzi per i professori dell’ateneo.

Schema animato del funzionamento della macchina di Newcomen (Immagine: Wikimedia Commons)

Il laboratorio possiede un modello in scala della macchina di Newcomen, una pompa a vapore che veniva utilizzata per estrarre l’acqua della gallerie delle miniere. L’invenzione di Thomas Newcomen (1664 – 1729) ha però un limite: richiede una grande quantità di vapore per funzionare. In altre parole, non è particolarmente efficiente: la camera del pistone, infatti, viene riscaldata e raffreddata a ogni ciclo. Nel 1763, il professor John Anderson chiede a Watt di studiare il problema e provare a trovare una soluzione che renda il motore più efficace quando impiegato sul campo.

 

Che cosa ha inventato?

James Watt si rende quasi subito conto che deve trovare un modo per condensare il vapore senza raffreddare il cilindro. Ma una volta trovato il punto in cui intervenire, non è così immediato trovare una soluzione che sia praticabile. Compie esperimenti e prove nel laboratorio dell’Università e condivide le proprie frustrazioni con un nuovo amico, il professor Joseph Black (1728 – 1799), lo scienziato che per primo ha studiato a fondo le proprietà del diossido di carbonio. Ma, soprattutto, ha dato due contributi fondamentali alla termodinamica: ha scoperto il calore latente e il calore specifico.

Le discussioni tra i due e i tentativi in laboratorio hanno indicato la via: serve un condensatore separato. In questo modo, la condensazione può avvenire costantemente e la camera del cilindro può venire liberata dal vapore senza raffreddare il cilindro, che può quindi continuare a lavorare senza interruzione. Il vapore avrebbe dovuto transitare nel condensatore, dove la pressione era all’incirca uguale alla tensione di vapore dell’acqua. Watt arriva a questa soluzione, producendo anche un modello in scala, nel 1765, in circa due anni di lavoro. Ora si tratta di trovare il modo di produrlo a grandezza naturale per poter funzionare in una vera miniera per un periodo prolungato di tempo. Solo allora si sarebbe materializzato il primo motore a vapore della storia, quello che ha dato la spinta decisiva alla Rivoluzione industriale.

Uno schema della macchina di Boulton e Watt, nella sua versione rotativa

 

Che cosa serviva per la Rivoluzione?

Oggi diremmo che negli anni Sessanta del Settecento, James Watt ha sviluppato un prototipo della sua idea, che il 25 aprile 1769 viene registrata all’ufficio brevetti inglese come “il metodo di Watt per ridurre il consumo di vapore e carburante nelle macchine a vapore” nel Brevetto 913. Quello che gli mancava era il capitale per provare a “scalare” la propria idea sul piano industriale. 

Il primo investitore con cui gli amici dell’Università di Glasgow mettono in contatto Watt è John Roebuck, un imprenditore che ha ottenuto la licenza per alcuni depositi di carbone. Dopo aver visto in azione il modello, Roebuck si dimostra interessato a finanziare lo sviluppo di una pompa a vapore di dimensioni reali. Questo passaggio non si dimostra facile, a conferma del fatto che per passare dal prototipo a una versione completamente funzionante non è sufficiente il denaro. Watt lavora incessantemente per quattro anni e il problema più difficile da risolvere è riuscire a mantenere l’isolamente di una camera del pistone molto più grande e sottoposta a pressioni maggiori.

Il primo esemplare funzionante si rende disponibile per i test solamente nel settembre del 1769, dopo ben sei mesi impiegati solamente per la sua costruzione. Ma l’esperimento è un mezzo disastro: il condensatore non funziona al meglio e la fusione del cilindro in acciaio era piena di problemi. A differenza di oggi, però, dopo il fallimento iniziale, Roebuck continua a credere nel lavoro di Watt. E avrebbe anche continuato a finanziarlo, non fosse finito in bancarotta.

A prendere il posto dell’imprenditore arriva Matthew Boulton, un industriale di Birmingham, che si rende immediatamente conto che la macchina a vapore di Watt, una volta messa a punto, è sprecata per far funzionare le pompe delle miniere. È l’industria il suo destino, dove permetterà il lavoro in serie, un maggior velocità di produzione e tanto altro ancora. Boulton e Watt entrano in società nel marzo del 1773, quasi nove anni dopo la prima scoperta del problema del condensatore. L’anno successivo Watt è a Birmingham, nello stabilimento di Boulton, dove finalmente i problemi strutturali della macchina sono stati risolti e lui può scrivere, con una certa modestia che fatica a nascondere l’entusiasmo: “il lavoro per cui sono venuto qui si è rivelato piuttosto un successo; il che significa che la macchina a vapore che ho inventato è ora in funzione, e lo fa meglio di tutte le altre che sono state costruite finora”.

 

L’eredità di James Watt

Nel 1776 la macchina di Boulton-Watt, così chiamata in onore dell’inventore e del finanziatore è adottata dalla Bentley Mining Company. Il passaggio è particolarmente forte sul piano simbolico, perché l’azienda abbandona la macchina di Newcomen che ha usato fino ad allora. Dopo questo evento, che dà grande pubblicità alla nuova tecnologia, la macchina di Boulton-Watt si diffonde rapidamente. Nel 1782 una segheria ordina un esemplare in grado di sostituire il lavoro di 12 cavalli. Nel 1800, nel Regno Unito si contano già 84 cotonifici che la adottano. All’incirca nello stesso periodo, l’invenzione di Watt viene modificata da Henry Bell di Helensburg, una cittadina portuale non lontano da Glasgow, per farne il primo motore a vapore per un battello: nasce il primo piroscafo a pale.

Alla scomparsa di James Watt nell’agosto del 1819, la Rivoluzione industriale è un treno in corsa che non può essere fermato. E le cui conseguenze sono visibili ancora oggi nella nostra società.

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