James Watt fue el padre de la revolución industrial; inventor, ingeniero y científico. Su papel crucial en la transformación de nuestro mundo de uno basado en la agricultura a uno basado en la ingeniería y la tecnología se reconoce en la unidad de poder: el vatio.
Guía rápida de inventos y descubrimientos de James Watt
James Watt:
• mejoró radicalmente la máquina de vapor, iniciando la revolución industrial.
• continuó produciendo una corriente de nuevas ideas e invenciones, que eventualmente resultó en una máquina que requería 80% menos de combustible que los motores anteriores.
• inventó las máquinas de vapor de alta presión capaces de lograr eficiencias aún mayores, pero la tecnología de la época no era capaz de operarlas de manera segura.
• introducida la palabra caballos de fuerza para describir la potencia de salida de un motor. Ahora generalmente usamos vatios para medir la potencia, aunque la potencia del motor todavía se califica en caballos de fuerza.
• fue la primera persona en proponer que el agua está hecha de hidrógeno combinado con oxígeno.
• descubrió de forma independiente el concepto científico de calor latente.
• inventó la primera fotocopiadora del mundo, similar en función a una fotocopiadora, para hacer copias de correspondencia, páginas de libros e imágenes.
Primeros años
James Watt nació en 1736 en Greenock, Escocia, Reino Unido. Provenía de una familia exitosa. Su abuelo, Thomas, enseñó matemáticas; su padre, James, era un carpintero que construía barcos.
Su madre, Agnes Muirhead, tenía una buena educación. Ella le enseñó a leer, mientras que su padre le enseñó aritmética y escritura.
James se destacó en matemáticas, ciencias e ingeniería en la escuela secundaria, pero sus habilidades lingüísticas fueron menos impresionantes. Su salud era a menudo mala y gran parte de su aprendizaje se llevó a cabo en su casa, donde se relajó viendo los barcos de pesca que regresaban al puerto y los grandes veleros que llegaban con tabaco de las Américas. Un día, gracias a su mente inventiva, barcos como estos serían propulsados por motores en lugar de velas.
A los dieciocho años, tras la muerte de su madre, y un barco hundido que suponía una pesada carga económica para su familia, James renunció a sus planes de ir a la universidad. En cambio, se formó en Londres como fabricante de instrumentos científicos, especializándose en instrumentos matemáticos y náuticos. En dos meses, sus habilidades eran más altas que las de otros que habían estado entrenando durante dos años. Los trabajadores del astillero de su padre en Greenock ya habían comentado sus excepcionales habilidades manuales.
Después de un año en Londres, encontró trabajo en la Universidad de Glasgow reparando instrumentos para el departamento de astronomía.
Universidad de Glasgow
Hacer amigos, desarrollar conocimientos y desarrollar nuevas habilidades en Glasgow Universidad
El trabajo de Watt con los instrumentos era tan bueno que los profesores de la universidad querían que siguiera trabajando allí de forma permanente, así que lo invitaron a montar un taller en la universidad. Pronto se dieron cuenta de que el joven del taller era muy inteligente. Comenzaron a llamarlo para discutir su trabajo. Los estudiantes de matemáticas y física descubrieron que Watt había aprendido más sobre sus materias que ellos.
También superó sus anteriores habilidades lingüísticas deficientes y se enseñó a sí mismo alemán e italiano para leer más literatura científica.
James Watt en su taller
Watt se hizo amigo de Adam Smith, quien fundó la disciplina académica de Economía y escribió La riqueza de las naciones. También se hizo amigo del químico Joseph Black, quien descubrió el magnesio e, independientemente de Watt, inventó el concepto de calor latente.
En 1759, cuatro años después de su llegada a Glasgow, James, de 23 años Watt se interesó por las máquinas de vapor.
Esto sucedió cuando otro de sus nuevos amigos en la universidad, el profesor John Robinson, discutió con él la posibilidad de un automóvil a vapor. Aunque sus ideas para un automóvil no eran prácticas, se sembró una semilla en la mente fértil de Watt.
El profesor Robinson tampoco se quedó quieto. Fue la primera persona en publicar una ley del cuadrado inverso para las fuerzas eléctricas, e inventó la sirena.
La llegada del vapor
En 1763, a los 27 años, Watt entró en contacto con una máquina de vapor en funcionamiento, la máquina Newcomen. El profesor John Anderson, que hizo una demostración del motor en sus clases de física, necesitaba que lo repararan. Watt hizo la reparación, pero estaba asombrado por el poco trabajo que podía hacer el motor.
En ese momento, los motores Newcomen se habían utilizado en Gran Bretaña durante 50 años y nadie había encontrado la forma de mejorarlos.Trabajaron sobre el principio de que un pistón en un cilindro era impulsado en una dirección por un chorro de vapor que calentaba el aire en el cilindro, expandiéndolo; Se inyectaba agua fría en lugar del vapor para enfriar el aire en el cilindro, creando un vacío parcial que tiraba del pistón hacia atrás en la otra dirección, listo para que el ciclo comenzara de nuevo con la inyección de vapor caliente.
Watt decidió que podía hacer un motor mejor. Pensó en poco más y experimentó en su taller con agua y vapor en recipientes de metal.
Después de dos años de experimentar y pensar, Watt tuvo su momento Eureka.
Con su conocimiento científico del comportamiento del agua y el principio del calor latente, se dio cuenta de que el problema con la máquina de vapor Newcomen era el siguiente: la máquina utilizaba calor para generar vapor, pero cuando el el vapor había hecho su trabajo, el cilindro se enfrió con agua. Calentar y enfriar el mismo cilindro para cada carrera del pistón era muy costoso en términos de la energía necesaria para hacerlo.
En las propias palabras de Watt, ligeramente modernizado:
Se me ocurrió la idea de que, como el vapor era un gas, se precipitaría un vacío, y si conectaba el cilindro del motor a un recipiente a baja presión, el vapor se precipitaba hacia él. El vapor se condensaría allí y no enfriaría el cilindro del motor. Luego vi que debía deshacerme del vapor condensado del cilindro.
La máquina de vapor de James Watt
Watt rediseñó la máquina. Su idea era que la presión del aire empujaría al pistón a un vacío parcial generado cuando el vapor se condensa en agua líquida. El vapor se convirtió en agua en el condensador de Watt, que estaba rodeado de agua fría.
El proceso fue ayudado por una bomba de vacío conectada al condensador que tomó el agua caliente producida por el vapor de condensación y la condujo de regreso, aún caliente, a la caldera lista para ser convertida de nuevo en vapor.
Mientras mantenía frío el condensador, Watt también se dio cuenta de la importancia de mantener caliente el pistón / cilindro de trabajo: los rodeó con una camisa de vapor caliente.
A fines de 1765, Watt de 29 años había construido su primera máquina de vapor a pequeña escala, con una cámara de condensación separada y una camisa de vapor. El inicio de la revolución industrial se acercaba, pero aún no había comenzado.
En 1769, a los 33 años, Watt patentó su nuevo motor.
Un motor & Watt de Boulton en Birmingham, Inglaterra, construido durante la vida de Watt en 1817. Imagen de Chris Allen.
De los motores de pequeña escala a la superpotencia industrial
Watt poseía una de las patentes más importantes de la historia de la humanidad. Se lo vendió a John Roebuck, cuya fábrica quebró.
Matthew Boulton de Birmingham compró los derechos de patente de la máquina de vapor de Watt.
En 1775, Watt celebró su 39 cumpleaños y comenzó una exitosa asociación de 25 años con Boulton. La asociación fue una combinación perfecta del ingenio científico y de ingeniería de Watt y las habilidades comerciales y de fábrica de Boulton.
Once años después de que Watt construyera su primera máquina de vapor a pequeña escala, sus motores comenzaron a instalarse para bombear agua de las minas. La tarifa anual que los propietarios de la mina pagaban por las máquinas era un tercio del valor del ahorro de combustible que lograban las máquinas.
Las noticias de los nuevos motores súper eficientes se difundieron rápidamente y con la llegada del vapor de Watt motores, comenzó la revolución industrial.
El éxito de Watt y Boulton tuvo algunos contratiempos en el camino. En 1791, tuvieron que armar a sus trabajadores contra un motín de cuatro días en el que científicos e intelectuales eran un objetivo específico.
Con el paso de los años, Boulton & Watt los motores se abrieron camino en cada vez más aplicaciones, y el Reino Unido se vio afectado por la revolución industrial. Boulton y Watt comenzaron a exportar su nueva tecnología a todo el mundo.
Las nuevas industrias comenzaron a liberar cantidades mayores de dióxido de carbono a la atmósfera que las acciones humanas anteriores. Esta tendencia continúa hoy.
James Watt en su vida posterior
¡El fin, pero no antes de otro nuevo y crucial diseño de motor!
En 1800, con 64 años y una gran fortuna, Watt se jubiló. Su patente había expirado, y él y Matthew Boulton pasaron su sociedad a sus hijos, James Watt Junior, y Matthew Robinson Boulton, quienes continuaron con éxito.
«James Watt fue igualmente distinguido como filósofo natural y químico; sus inventos demuestran su profundo conocimiento de esas ciencias, y esa característica peculiar del genio: el unión de ellos para su aplicación práctica.”
Watt continuó con su trabajo de investigación en su retiro. Él patentó su fotocopiadora, el motor de doble acción, el motor rotativo y el indicador de presión de vapor.
El motor rotativo fue crucial, porque permitía que los motores impulsaran las ruedas en lugar del simple movimiento de bombeo hacia arriba y hacia abajo de las máquinas anteriores.
James Watt murió en 1819, a la edad de 83 años. el poder mental no había disminuido. Su mente estuvo afilada hasta el final.