Biografía de James Watt, inventor del motor de vapor moderno

James Watt (19 de enero de 1736 -25 de agosto de 1819) fue un inventor, ingeniero y químico escocés. Desarrolló una máquina de vapor viable que utilizaba un condensador separado; Esta innovación convirtió a la máquina de vapor en una herramienta útil para una amplia gama de usos. En muchos sentidos, la invención de Watt, o mejor dicho, su mejora con respecto a una invención anterior, la máquina de vapor Newcomen, fue el impulso tecnológico detrás de la Revolución Industrial.

Datos rápidos: James Watt

• Conocido por: Invención de la máquina de vapor
• Nacido: 19 de enero de 1736 en Greenock, Renfrewshire, Escocia, Reino Unido
• Padres: Thomas Watt, Agnes Muirhead
• Murió: 25 de agosto de 1819 en Handsworth, Birmingham, Inglaterra, Reino Unido
• Educación: Hogar educado
• Obras publicadas: Un sistema de filosofía mecánica
• Premios y honores: Muchas calles y escuelas llevan su nombre; estatuas de su semejanza en los Jardines Picadilly y la Catedral de San Pablo
• Esposos): Margaret (Peggy) Miller, Ann MacGregor
• Niños: James Jr., Margaret, Gregory, Janet, Ann
• Cita notable: "Fui a dar un paseo en una hermosa tarde de sábado. Entré en el Green por la puerta al pie de Charlotte Street y pasé junto a la vieja casa de lavado. Estaba pensando en el motor en ese momento y me había ido. en cuanto a la casa de la manada, cuando se me ocurrió la idea ... No había caminado más lejos que la casa de Golf cuando todo se arregló en mi mente ".

Vida temprana

James Watt nació el 19 de enero de 1736 en Greenock, Escocia, como el único hijo sobreviviente de cuatro de James Watt (1699-1737) y Agnes Muirhead (1901-1754). Greenock era un pueblo de pescadores que durante la vida de Watt se convirtió en una ciudad ocupada con una flota de barcos de vapor. El abuelo de James Jr. Thomas Watt (1642-1734) fue un conocido matemático y maestro de escuela local. James Sr. era un ciudadano destacado de Greenock y un exitoso carpintero y vendedor de barcos que trabajaba en equipar barcos y trabajar en sus instrumentos, brújulas y cuadrantes. En varias ocasiones, James Sr. también fue el magistrado principal y tesorero de la ciudad..

Educación

James Watt era inteligente, pero debido a su mala salud no pudo asistir a la escuela regularmente. En cambio, obtuvo las habilidades que más tarde necesitaría en ingeniería y herramientas al trabajar con su padre en proyectos de carpintería. A los 6 años, James Watt estaba resolviendo problemas geométricos y llevando a cabo su primera investigación sobre la naturaleza del vapor, que consistía en experimentar con la tetera de su madre. En la infancia, Watt era un ávido lector y encontró algo que le interesaba en cada libro que llegaba a sus manos..

Cuando Watt finalmente fue enviado a la escuela del pueblo, su mala salud le impidió avanzar rápidamente; Fue solo cuando tenía 13 o 14 años que comenzó a exhibir sus habilidades, particularmente en matemáticas. Su tiempo libre lo pasaba dibujando con su lápiz, tallando y trabajando en el banco de herramientas con madera y metal. Hizo muchos trabajos mecánicos ingeniosos y algunas hermosas maquetas, y disfrutó reparando instrumentos náuticos.

Aprendizaje

Después de que su madre murió en 1754, Watt, de 18 años, fue enviado a Glasgow para entrenar como comerciante con su tío John Muirhead. Uno de los parientes de su madre era el presidente del departamento de Lenguas y Humanidades Orientales en el Glasgow College, y Watt se convirtió en miembro de la sociedad literaria allí. También conoció a otros académicos en Glasgow que demostrarían ser influyentes y apoyar su carrera: Robert Dick, profesor de filosofía natural, Robert Simpson en matemáticas y William Cullen en medicina y química..

Fue Dick quien sugirió que Watt fuera a Londres para recibir capacitación como fabricante de instrumentos matemáticos. Con una carta de presentación, Watt se fue a Londres en 1755 y comenzó a trabajar con el fabricante de instrumentos John Morgan. Watt no era oficialmente un aprendiz, pero trabajó en instrumentación mecánica: Morgan pensó que era talentoso pero tardó demasiado en completar su trabajo. El trabajo con Morgan terminó en junio de 1756 y Dick le consiguió un puesto a corto plazo para trabajar en un reloj astronómico, telescopios reflectores e instrumentos de tránsito. Watt regresó a Greenock a finales de año, pero pronto regresó a Glasgow, donde comenzó un pequeño negocio en la creación de cuadrantes. Fue nombrado fabricante de instrumentos matemáticos en el Glasgow College, apoyado por el reemplazo de Dick, John Anderson, y por el reemplazo y químico de Cullen, Joseph Black (1728-1799). Black es mejor conocido por su trabajo en calores latentes y específicos y por su descubrimiento de dióxido de carbono, y se convertiría en un firme defensor de Watt.

Experimentación Temprana

En 1759, John Robison, un estudiante de Glasgow, le mostró a Watt un modelo de la máquina de vapor Newcomen y sugirió que podría usarse para impulsar carros. El Newcomen fue inventado y patentado en 1703 por Thomas Newcomen (1664-1729), y Watt comenzó a construir modelos en miniatura utilizando cilindros de vapor de estaño y pistones unidos a las ruedas motrices mediante un sistema de engranajes. En sus propios experimentos utilizó, al principio, ensayos de boticarios y bastones huecos para depósitos de vapor y tuberías, y más tarde un digestor de Papin y una jeringa común. La última combinación hizo un motor sin condensación, en el que utilizaba vapor a una presión de 15 libras por pulgada cuadrada. La válvula se trabajó a mano, y James Watt vio que se necesitaba un engranaje de válvula automático para hacer una máquina que funcionara. Sin embargo, este experimento no condujo a ningún resultado práctico y durante los siguientes años, abandonó esta investigación..

Watt permaneció en la universidad hasta la década de 1760, cuando se asoció con un comerciante llamado John Craig, financiado en parte con Black. Una de sus empresas fue la producción de álcali a partir de sal; en el siglo XVIII, el álcali solo podía producirse a partir de plantas. Craig y Watt fueron una de las varias personas que buscaban una forma de crearlo químicamente, un esfuerzo que no se logró hasta 1820. Watt y Craig también trabajaron en hornos de cerámica y esmaltes para hacer delftware esmaltado con estaño..

Matrimonio y familia

En 1764, Watt se casó con Margaret Millar, conocida como Peggy, una prima que había conocido desde que eran niños. Tendrían cinco hijos, de los cuales solo dos vivieron hasta la edad adulta: Margaret, nacida en 1767, y James III, nacido en 1769, que como adulto se convertiría en el principal apoyo y socio comercial de su padre..

El motor de vapor Newcomen

Durante el invierno de 1763-1764, John Anderson en Glasgow le pidió a Watt que reparara un modelo del motor Newcomen. Pudo hacerlo funcionar, pero tenía curiosidad por saber por qué la máquina consumía tanto vapor y agua de condensación. Watts comenzó a estudiar la historia de la máquina de vapor y realizó una investigación experimental sobre las propiedades del vapor..

El modelo de motor de vapor Newcomen tenía una caldera hecha a escala y era incapaz de suministrar suficiente vapor para alimentar un motor. Tenía unas nueve pulgadas de diámetro; el cilindro de vapor tenía dos pulgadas de diámetro y tenía una carrera de pistón de seis pulgadas. Watt hizo una nueva caldera que podía medir la cantidad de agua evaporada y el vapor condensado en cada golpe del motor..

Watt pronto descubrió que el motor requería una cantidad muy pequeña de vapor para calentar una cantidad muy grande de agua. Inmediatamente comenzó a determinar con precisión los pesos relativos de vapor y agua en el cilindro de vapor cuando se produjo condensación en la carrera descendente del motor. James Watt demostró independientemente la existencia del "calor latente", que había sido descubierto por su mentor y partidario Joseph Black. Watt fue a Black con su investigación, quien compartió su conocimiento con Watt. Watt descubrió que, en el punto de ebullición, su vapor de condensación era capaz de calentar seis veces su peso de agua utilizada para producir condensación..

Condensador separado de Watt

Al darse cuenta de que el peso de vapor por peso era un absorbente y un depósito de calor mucho mayor que el agua, Watt vio la importancia de tener mayor cuidado para economizarlo de lo que se había intentado anteriormente. Al principio, economizó en la caldera e hizo calderas con "conchas" de madera para evitar pérdidas por conducción y radiación. También utilizó una mayor cantidad de chimeneas que Newcomen para asegurar una absorción más completa del calor de los gases del horno. También cubrió sus tuberías de vapor con materiales no conductores y tomó todas las precauciones para asegurar la utilización completa del calor de la combustión..

Pronto descubrió que las fuentes de pérdida de calor en el motor Newcomen eran:

• La disipación de calor por el cilindro mismo, que era de latón y era a la vez un buen conductor y un buen radiador..
• La pérdida de calor como consecuencia de la necesidad de enfriar el cilindro en cada golpe para producir el vacío..
• La pérdida de potencia debido a la presión de vapor debajo del pistón, que fue consecuencia del método imperfecto de condensación..

Su primer intento de fabricar un cilindro de material no conductor fue de madera empapada en aceite y luego horneada, lo que aumentó la economía del vapor. Luego realizó una serie de experimentos muy precisos sobre la temperatura y la presión del vapor midiendo la cantidad de vapor utilizado en cada carrera del motor. Pudo confirmar su conclusión anterior de que las tres cuartas partes del calor suministrado al motor se desperdiciaron.

Futuras mejoras

Después de sus investigaciones científicas, James Watt trabajó para mejorar la máquina de vapor con una comprensión inteligente de sus defectos existentes y un conocimiento de su causa. Watt pronto vio que para reducir las pérdidas en el funcionamiento del vapor en el cilindro de vapor, sería necesario encontrar una manera de mantener constantemente el cilindro tan caliente como el vapor que ingresó..

Según James Watt: "Se me ocurrió la idea de que, como el vapor era un cuerpo elástico, se precipitaría al vacío y, si se hacía una comunicación entre el cilindro y un recipiente agotado, se precipitaría hacia él, y podría estar allí condensado sin enfriar el cilindro. Entonces vi que debía eliminar el vapor condensado y el agua de inyección si usaba un chorro, como en el motor de Newcomen. Se me ocurrieron dos formas de hacerlo: Primero, el agua podría ser escurrido por una tubería descendente, si se pudiera obtener un chorro a una profundidad de 35 o 36 pies, y una pequeña bomba pudiera extraer el aire. La segunda fue hacer que la bomba sea lo suficientemente grande como para extraer agua y aire ".

Continuó: "Cuando se analizó, la invención no parecería tan buena como parecía. En el estado en que encontré la máquina de vapor, no fue un gran esfuerzo mental observar que la cantidad de combustible necesaria para que funcionara evitaría para siempre su amplia utilidad. El siguiente paso en mi progreso fue igualmente fácil: averiguar cuál fue la causa del gran consumo de combustible. Esto también se sugirió fácilmente, a saber, el desperdicio de combustible que era necesario para llevar todo el cilindro, el pistón y las partes adyacentes desde la frialdad del agua hasta el calor del vapor, no menos de 15 a 20 veces en un minuto ".

James Watt había inventado su importante condensador separado. Procedió a hacer una prueba experimental de su nuevo invento. Su pequeño modelo funcionó muy bien, y la perfección del vacío fue tal que la máquina levantó un peso de 18 libras suspendido del vástago del pistón. Luego construyó un modelo más grande, y el resultado de su prueba confirmó los resultados de sus primeros experimentos..

Watt construye su propio motor de vapor

Watt tardó años en descubrir los detalles de la nueva máquina de vapor. Para empezar, Watt tuvo que encontrar una manera de evitar que el condensador se llene de agua. Intentó varios enfoques, incluida una bomba de aire, que alivió el condensador del agua y el aire que se acumulaba en el condensador y disminuyó el vacío. Luego sustituyó el aceite y el sebo por el agua utilizada para lubricar el pistón, manteniendo el vapor apretado y evitando el enfriamiento del cilindro. Otra causa de la refrigeración del cilindro y el consiguiente desperdicio de energía en su funcionamiento fue la entrada de aire, que seguía al pistón por el cilindro en cada carrera, enfriando su interior por su contacto. El inventor evitó que esto ocurriera cubriendo la parte superior del cilindro y rodeando todo el cilindro con una carcasa externa, o "camisa de vapor", que permitió que el vapor de la caldera pasara alrededor del cilindro de vapor y presione la superficie superior del cilindro. pistón.

Después de construir su motor experimental más grande, Watt alquiló una habitación en una vieja cabaña desierta. Allí trabajó con el mecánico Folm Gardiner. Watt acababa de conocer a John Roebuck, un médico rico que, junto con otros capitalistas escoceses, había fundado recientemente la famosa Carron Iron Works. Roebuck comenzó a apoyar los esfuerzos financieros de Watt y Watt frecuentemente le escribió a Roebuck describiendo su progreso..

En agosto de 1765, probó el motor pequeño y le escribió a Roebuck que tenía "buen éxito", aunque la máquina era muy imperfecta, y le informó a Roebuck que estaba empezando a fabricar el modelo más grande. En octubre de 1765, terminó la gran máquina de vapor. El motor, mientras estaba listo para la prueba, todavía estaba lejos de ser perfecto. Sin embargo, hizo un buen trabajo para una máquina tan tosca.

Contratiempos financieros y personales

Desafortunadamente, en 1765, James Watt se vio reducido a la pobreza y, después de pedir prestadas sumas considerables a sus amigos, finalmente tuvo que buscar empleo para poder mantener a su familia. Durante un lapso de aproximadamente dos años, se mantuvo como ingeniero civil, inspeccionando y administrando la construcción de varios canales en Escocia y explorando campos de carbón en el vecindario de Glasgow para los magistrados de la ciudad. Sin embargo, no abandonó por completo su invento..

En 1767, Roebuck asumió las obligaciones de Watt por la cantidad de 1,000 libras británicas y acordó proporcionar más capital a cambio de dos tercios de la patente de Watt. Se construyó otro motor con un cilindro de vapor de siete u ocho pulgadas de diámetro, que se terminó en 1768. Esto funcionó lo suficientemente bien como para inducir a los socios a solicitar una patente, y las especificaciones y dibujos se completaron y presentaron en 1769.

Watt también construyó y configuró varios motores Newcomen, en parte, tal vez, para familiarizarse más con los detalles prácticos de la construcción del motor. Mientras tanto, preparó planes y construyó un motor moderadamente grande de su nuevo tipo. Su cilindro de vapor tenía 18 pulgadas de diámetro y la carrera del pistón era de 5 pies. Este motor se construyó en Kinneil y se terminó en septiembre de 1769. No todo fue satisfactorio ni en su construcción ni en su funcionamiento. El condensador era un condensador de superficie compuesto por tubos algo similares a los utilizados en su primer pequeño modelo y no demostró ser satisfactoriamente hermético. El pistón de vapor goteaba gravemente, y las pruebas repetidas solo sirvieron para hacer más evidentes sus imperfecciones. Joseph Black y John Roebuck lo ayudaron con el apoyo financiero y moral, pero se sintió muy convencido de los riesgos que corría de involucrar a sus amigos en pérdidas graves y se sintió muy abatido..

Escribiendo a Black, Watt dijo: "De todas las cosas en la vida, no hay nada más tonto que inventar; y probablemente la mayoría de los inventores han sido guiados a la misma opinión por sus propias experiencias".

Asociación con Matthew Boulton

En 1768, James Watt viajó a Londres para presentar su patente, y en el camino conoció a Matthew Boulton. Boulton era el dueño de una empresa manufacturera de Birmingham conocida como Soho Manufactory, que fabricaba pequeños artículos de metal. Había heredado el negocio de su padre y lo había desarrollado considerablemente. Él y su negocio eran muy conocidos en el movimiento de la ilustración inglesa de mediados del siglo XVIII..

Boulton era un buen erudito, con un conocimiento considerable de idiomas y ciencias, particularmente matemáticas, a pesar de haber dejado la escuela cuando era niño para ir a trabajar a la tienda de su padre. En la tienda, pronto introdujo una serie de valiosas mejoras y siempre estuvo atento a otras ideas que pudieran introducirse en su negocio..

También fue miembro de la famosa Sociedad Lunar de Birmingham, un grupo de hombres que se reunieron para discutir juntos sobre filosofía natural, ingeniería y desarrollo industrial: otros miembros incluyeron al descubridor del oxígeno Joseph Priestley, Erasmus Darwin (abuelo de Charles Darwin), y el alfarero experimental Josiah Wedgewood. Watt se unió al grupo después de convertirse en socio de Boulton..

Un erudito extravagante y enérgico, Boulton conoció a Benjamin Franklin en 1758, quien luego visitó Soho. Para 1766, estos hombres distinguidos se correspondían, discutiendo, entre otras cosas, la aplicabilidad de la energía de vapor a varios propósitos útiles. Diseñaron una nueva máquina de vapor y Boulton construyó un modelo, que fue enviado a Franklin y exhibido por él en Londres. Todavía tenían que darse cuenta de la existencia de James Watt.

Cuando Boulton conoció a Watt en 1768, le gustó su motor y decidió comprar un interés en la patente. Con el consentimiento de Roebuck, Watt le ofreció a Boulton un tercio de interés. Aunque hubo varias complicaciones, finalmente Roebuck propuso transferir a Matthew Boulton la mitad de su propiedad en los inventos de Watt por la suma de 1,000 libras. Esta propuesta fue aceptada en noviembre de 1769..

Motores de vapor de trabajo

En noviembre de 1774, Watt finalmente anunció a su antiguo compañero Roebuck que había realizado una prueba exitosa del motor Kilmeil. No escribió con su habitual entusiasmo y extravagancia; en cambio, simplemente escribió: "El camión de bomberos que inventé ahora está funcionando y responde mucho mejor que cualquier otro que se haya fabricado, y espero que la invención sea muy beneficiosa para mí".

Una razón de su falta de entusiasmo fue que su esposa había muerto durante el parto el año anterior, en septiembre de 1773. Hearts, Watt se enterró en el trabajo. Desde mediados de febrero de 1774 trabajaba en termómetros y barómetros. Terminó su negocio de ingeniería civil en Escocia (en parte debido a una crisis financiera en Escocia) y en mayo viajó al sur a Birmingham, donde se unió a la Sociedad Lunar. En 1775, se asoció a tiempo completo con Matthew Boulton.

A partir de ese momento, la firma de Boulton y Watt pudo producir una gama de motores en funcionamiento con aplicaciones del mundo real. Se obtuvieron nuevas innovaciones y patentes para máquinas que podrían usarse para rectificar, tejer y fresar. Se utilizaron motores de vapor para el transporte tanto por tierra como por agua. Casi todos los inventos exitosos e importantes que marcaron la historia de la energía de vapor durante muchos años se originaron en los talleres de Boulton y Watt..

Retiro y muerte

El trabajo de Watt con Boulton lo transformó en una figura de talla internacional entre los hombres de letras. Su patente de 25 años le trajo riqueza; y él y Boulton se convirtieron en líderes de la Ilustración tecnológica en Inglaterra, con una sólida reputación de ingeniería innovadora. Watt se casó con Ann Macgregor en 1776 y tuvieron dos hijos (Gregory y Jessy), los cuales morirían jóvenes. James Watt Jr., su hijo de su primera esposa, sobrevivió a su padre y tuvo un papel en la continua Ilustración Inglesa.

Como resultado de su asociación con Matthew Boulton, James Watt se convirtió en un hombre muy rico, construyendo una elegante mansión conocida como "Heathfield House" en Handsworth, Staffordshire. Se retiró en 1800 y pasó el resto de su vida en el tiempo libre y viajando para visitar amigos y familiares. Murió el 25 de agosto de 1819 en Heathfield. Fue enterrado en el cementerio de la Iglesia de Santa María en Handsworth.

Legado

De una manera muy significativa, los inventos de Watt estimularon la Revolución Industrial y las innovaciones de la era moderna, desde automóviles y trenes hasta fábricas y los problemas sociales que evolucionaron como resultado. Además, el nombre de Watt se ha adjuntado a calles, museos y escuelas. Su historia ha inspirado libros, películas y obras de arte, incluidas estatuas en Piccadilly Gardens y St. Paul's Cathedral.

En la estatua de San Pablo están grabadas las palabras: "James Watt ... amplió los recursos de su país, aumentó el poder del hombre y se elevó a un lugar eminente entre los seguidores más ilustres de la ciencia y los verdaderos benefactores del mundo. "

Fuentes

• Jones, Peter M. "Viviendo la Ilustración y la Revolución Francesa: James Watt, Matthew Boulton y sus hijos". El diario historico 42,1 (1999): 157-82. Impresión.
• Hills, Richard L. "Poder del vapor: una historia del motor de vapor estacionario". Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "'Puffing Jamie': la importancia comercial e ideológica de ser un 'filósofo' en el caso de la reputación de James Watt (1736-1819)". Historia de la ciencia 38,1 (2000): 1-24. Impresión.
• "La vida y la leyenda de James Watt: colaboración, filosofía natural y mejora del motor de vapor". Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019. 
• Pugh, Jennifer S. y John Hudson. "El trabajo químico de James Watt, F.R.S." Notas y registros de la Royal Society of London 40.1 (1985): 41-52. Impresión.
• Russell, Ben. "James Watt: haciendo el mundo de nuevo". Londres: Museo de la ciencia, 2014. 
• Wright, Michael. "James Watt: fabricante de instrumentos musicales". The Galpin Society Journal 55 (2002): 104-29. Impresión.