James Watt foi o pai da revolução industrial; um inventor, engenheiro e cientista. Seu papel crucial em transformar nosso mundo baseado na agricultura em um baseado na engenharia e tecnologia é reconhecido na unidade de potência: o watt.
Guia rápido das invenções e descobertas de James Watt
James Watt:
• melhorou radicalmente a máquina a vapor, dando início à revolução industrial.
• continuou a produzir um fluxo de novas ideias e invenções, o que acabou resultando na necessidade de um motor 80% menos combustível do que os motores anteriores.
• inventou motores a vapor de alta pressão capazes de eficiências ainda maiores, mas a tecnologia da época não era capaz de operá-los com segurança.
• introduzida a palavra potência para descrever a potência de saída de um motor. Agora, geralmente usamos watts para medir a potência, embora a potência do motor ainda seja frequentemente avaliada em cavalos.
• foi a primeira pessoa a propor que a água é feita de hidrogênio combinado com oxigênio.
• descobriu independentemente o conceito científico de calor latente.
• inventou a primeira máquina copiadora do mundo, semelhante em função a uma fotocopiadora, para fazer cópias de correspondência, páginas de livros e fotos.
Primeiros anos
James Watt nasceu em 1736 em Greenock, Escócia, Reino Unido. Ele veio de uma família de sucesso. Seu avô, Thomas, ensinava matemática; seu pai, James, era um carpinteiro que construía navios.
Sua mãe, Agnes Muirhead, era bem educada. Ela o ensinou a ler, enquanto seu pai lhe ensinou aritmética e escrita.
James se destacou em matemática, ciências e engenharia no ensino médio, mas suas habilidades com o idioma eram menos impressionantes. Sua saúde costumava ser precária e muito de seu aprendizado ocorria em casa, onde relaxava observando os barcos de pesca voltando ao porto e grandes navios à vela chegando com tabaco das Américas. Um dia, graças à sua mente inventiva, navios como estes seriam movidos por motores em vez de velas.
Aos dezoito anos, após a morte de sua mãe, e um navio naufragado que colocou um pesado fardo financeiro sobre família, James desistiu de seus planos de ir para a universidade. Em vez disso, ele treinou em Londres como fabricante de instrumentos científicos, especializando-se em instrumentos matemáticos e náuticos. Em dois meses, suas habilidades eram superiores às de outros que estavam em treinamento há dois anos. Suas habilidades manuais excepcionais já haviam sido comentadas por trabalhadores do estaleiro de seu pai em Greenock.
Depois de um ano em Londres, ele encontrou trabalho na Universidade de Glasgow consertando instrumentos para o departamento de astronomia.
Universidade de Glasgow
Fazendo amigos, construindo conhecimento e desenvolvendo novas habilidades em Glasgow Universidade
O trabalho com instrumentos de Watt era tão bom que os professores da universidade queriam mantê-lo trabalhando permanentemente, então o convidaram para montar um workshop na universidade. Eles logo perceberam que o jovem na oficina era extremamente inteligente. Eles começaram a chamá-lo para discutir seu trabalho. Estudantes de matemática e física descobriram que Watt tinha aprendido mais sobre suas matérias do que eles.
Ele também superou suas habilidades anteriores de linguagem, aprendendo alemão e italiano sozinho para ler mais literatura científica.
James Watt em seu workshop
Watt tornou-se amigo de Adam Smith, que fundou a disciplina acadêmica de Economia e escreveu The Wealth of Nations. Ele também fez amizade com o químico Joseph Black, que descobriu o magnésio e, independentemente de Watt, inventou o conceito de calor latente.
Em 1759, quatro anos após sua chegada a Glasgow, James, de 23 anos, Watt se interessou por motores a vapor.
Isso aconteceu quando outro de seus novos amigos na universidade, o professor John Robinson, discutiu com ele a possibilidade de um carro a vapor. Embora suas ideias para um carro fossem impraticáveis, uma semente foi plantada na mente fértil de Watt.
O professor Robinson também não parou. Ele foi a primeira pessoa a publicar uma lei do inverso do quadrado para forças elétricas e inventou a sirene.
A vinda do vapor
Em 1763, aos 27 anos, Watt entrou em contato com uma máquina a vapor funcionando, a máquina Newcomen. O professor John Anderson, que demonstrou o motor em suas aulas de física, precisava de conserto. Watt fez o conserto, mas ficou surpreso com a pouca capacidade de trabalho do motor.
Naquela época, os motores Newcomen eram usados na Grã-Bretanha há 50 anos e ninguém havia encontrado uma maneira de melhorá-los.Eles trabalhavam com base no princípio de que um pistão em um cilindro era movido em uma direção por um jato de vapor que aquecia o ar no cilindro, expandindo-o; água fria seria injetada no lugar do vapor para resfriar o ar no cilindro, criando um vácuo parcial que puxou o pistão de volta na outra direção, pronto para o ciclo começar novamente com a injeção de vapor quente.
Watt decidiu que poderia fazer um motor melhor. Ele não pensava em outra coisa e fazia experiências em sua oficina com água e vapor em recipientes de metal.
Depois de dois anos de experiências e pensamentos, Watt teve seu momento Eureka.
Com sua compreensão científica do comportamento da água e do princípio do calor latente, ele percebeu que o problema com a máquina a vapor Newcomen era o seguinte: o calor era usado pela máquina para gerar vapor, mas quando o o vapor fez seu trabalho, o cilindro foi resfriado com água. Aquecer e resfriar o mesmo cilindro para cada curso do pistão era muito caro em termos de energia necessária para fazê-lo.
Nas palavras do próprio Watt, ligeiramente modernizado:
Ocorreu-me a ideia de que, como o vapor era um gás, ele correria para dentro um vácuo, e se eu ligasse o cilindro do motor a um vaso em baixa pressão, o vapor correria para dentro dele. O vapor condensaria ali e não esfriaria o cilindro do motor. Então vi que devo me livrar do vapor condensado do cilindro.
Motor Steam de James Watt
Watt redesenhou o motor. Sua ideia era que a pressão do ar empurraria o pistão para um vácuo parcial gerado quando o vapor se condensa em água líquida. O vapor se transformou em água no condensador de Watt, que foi cercado por água fria.
O processo era auxiliado por uma bomba de vácuo conectada ao condensador que pegava a água quente formada pelo vapor de condensação e a encaminhava, ainda quente, para a caldeira pronta para ser transformada novamente em vapor.
Enquanto mantinha o condensador frio, Watt também percebeu a importância de manter o pistão / cilindro de trabalho quente: ele os envolveu com uma camisa de vapor quente.
No final de 1765, um Watt de 29 anos construiu sua primeira máquina a vapor de pequena escala, com uma câmara de condensação separada e uma camisa de vapor. O início da revolução industrial estava se aproximando, mas ainda não havia começado.
Em 1769, aos 33 anos, Watt patenteou seu novo motor.
Um motor Boulton & Watt em Birmingham, Inglaterra, construído durante a vida de Watt em 1817. Imagem de Chris Allen.
De motores de pequena escala a superpotência industrial
Watt possuía uma das patentes mais importantes da história da humanidade. Ele o vendeu para John Roebuck, cuja fábrica faliu.
Matthew Boulton de Birmingham comprou os direitos de patente da máquina a vapor de Watt.
Em 1775, Watt comemorou seu 39º aniversário e iniciou uma parceria de 25 anos de grande sucesso com a Boulton. A parceria foi uma combinação perfeita da engenhosidade científica e de engenharia de Watt e as habilidades comerciais e de fábrica de Boulton.
Onze anos depois de Watt construir sua primeira máquina a vapor de pequena escala, seus motores começaram a ser instalados para bombear água para fora das minas. A taxa anual que os proprietários da mina pagaram pelas máquinas foi um terço do valor da economia de combustível que as máquinas fizeram.
As notícias sobre os novos motores supereficientes se espalharam rapidamente e com a chegada do vapor de Watt motores, a revolução industrial começou.
O sucesso de Watt e Boulton teve alguns soluços ao longo do caminho. Em 1791, eles tiveram que armar seus trabalhadores contra um motim de quatro dias em que cientistas e intelectuais eram um alvo específico.
Com o passar dos anos, Boulton & Watt os motores encontraram seu caminho para cada vez mais aplicações, e o Reino Unido foi dominado pela revolução industrial. Boulton e Watt começaram a exportar sua nova tecnologia para todo o mundo.
As novas indústrias começaram a liberar maiores quantidades de dióxido de carbono na atmosfera do que as ações humanas anteriores. Essa tendência continua hoje.
James Watt mais tarde na vida
Fim, mas não antes de outro design de motor crucial!
Em 1800, aos 64 anos e muito rico, Watt se aposentou. Sua patente expirou e ele e Matthew Boulton passaram sua parceria para seus filhos, James Watt Junior, e Matthew Robinson Boulton, que continuaram com sucesso.
“James Watt foi igualmente distinguido como um filósofo natural e químico; suas invenções demonstram seu profundo conhecimento dessas ciências, e aquela característica peculiar do gênio – o união deles para aplicação prática.”
Watt continuou com o trabalho de pesquisa em sua aposentadoria. Ele patenteou sua máquina copiadora, o motor de dupla ação, o motor rotativo e o indicador de pressão de vapor.
O motor rotativo era crucial, porque permitia que os motores acionassem as rodas, em vez do movimento mais simples de bombeamento de cima para baixo das máquinas anteriores.
James Watt morreu em 1819, aos 83 anos. o poder mental não declinou. Sua mente estava afiada até o fim.