Macchina a vapore di Watt

Il racconto

Un modellino da riparare

James Watt nacque nel 1736 a Greenock, in Scozia, in una famiglia di costruttori di navi e di commercianti. Era un ragazzo di salute debole, che passava molto tempo a casa, e imparò da solo la geometria e la meccanica. Da adulto si trasferì a Glasgow, dove, non potendo aprire un negozio perché non faceva parte delle corporazioni cittadine, fu assunto dall'università come costruttore di strumenti scientifici. Qui conobbe professori come Joseph Black, il chimico che aveva studiato il calore, e che diventò suo amico e consigliere.

Nell'inverno 1763-64 l'università gli chiese di riparare il modello di una macchina di Newcomen, che serviva per le lezioni di fisica. Watt la rimise a posto, ma notò una cosa strana: il piccolo modello consumava moltissimo vapore, molto più di quanto sembrasse necessario. Perché? Studiò il problema con grande cura, misurando e facendo prove.

L'idea del condensatore

Capì così che il difetto stava nel modo in cui lavorava la macchina. Nelle macchine di Newcomen il vapore entrava nel cilindro e poi, per creare il vuoto, veniva raffreddato con uno spruzzo d'acqua fredda; a ogni colpo il cilindro doveva essere riscaldato di nuovo, e questo consumava una grande quantità di vapore e di carbone. Era come se, per fare un viaggio in auto, si dovesse ogni volta riscaldare un motore freddo.

Un giorno di primavera del 1765, mentre passeggiava per la Glasgow Green, un grande prato della città, gli venne l'idea: perché non fare condensare il vapore in un contenitore separato, tenuto sempre freddo, lasciando il cilindro sempre caldo? Il vapore, dal cilindro, sarebbe passato nel condensatore, dove si sarebbe trasformato in acqua e avrebbe creato il vuoto, senza raffreddare il cilindro. Era una soluzione semplice e geniale.

Dall'idea alla macchina

Una cosa era avere l'idea, un'altra costruire una macchina che funzionasse: per i dettagli servirono anni di lavoro e di fallimenti. Un imprenditore, John Roebuck, finanziò i primi tentativi, e nel gennaio 1769 Watt ottenne il brevetto per il suo «nuovo metodo per ridurre il consumo di vapore e di combustibile nelle macchine a fuoco». Ma Roebuck fallì, e Watt dovette trovare un altro socio.

Lo trovò nel 1775 in Matthew Boulton, un industriale di Birmingham, proprietario di una grande fabbrica, la Soho Manufactory. Boulton credette nel progetto e mise soldi, officine e operai, e insieme fondarono la «Boulton & Watt». Un altro contributo decisivo venne da John Wilkinson, che aveva inventato una macchina per forare con precisione i cannoni: poteva costruire cilindri perfettamente lisci, fondamentali perché il vapore non sfuggisse.

La prima macchina di Watt per un cliente, nel 1776, pompava l'acqua di una miniera di carbone. Funzionava con meno di un terzo del carbone di una macchina di Newcomen, e fu un successo. Per farsi pagare, Boulton e Watt non vendevano la macchina, ma facevano pagare ai clienti un terzo di quanto risparmiavano in carbone.

Dalla pompa alla fabbrica

Watt non si fermò. Le prime macchine servivano soltanto a pompare l'acqua, con un movimento su e giù. Ma i proprietari di fabbriche volevano anche far girare ruote e macchinari. Con alcuni ingegnosi sistemi, come gli ingranaggi detti «sole e pianeta» (1781), trasformò il movimento alternato in un movimento rotatorio, e rese la macchina «a doppio effetto», cioè capace di spingere il pistone in entrambe le direzioni. Inventò un regolatore a sfere rotanti, che teneva costante la velocità in modo automatico (1788).

Così le macchine a vapore poterono azionare filatoi, telai, mulini, magli e pompe, in luoghi anche lontani da fiumi e cascate. Entro il 1800 la Boulton & Watt ne aveva costruite circa cinquecento. Per spiegare ai clienti quanta potenza avesse una macchina, Watt inventò un'unità di misura: il «cavallo vapore», definito confrontando la sua forza con quella dei cavalli che lavoravano nelle miniere.