Durante la seconda metà del XVIII secolo si verificò un fatto di grandissima importanza, l’invenzione della macchina a vapore ad opera dell’inglese James Watt.
Per ben comprendere il valore di questa invenzione e delle sue successive applicazioni, bisogna ricordare che fino ad allora le uniche forze che l’uomo aveva avuto a disposizione erano state quelle fornite dagli animali, come ad esempio il cavallo o il bue o dall’acqua che era capace di muovere le ruote a pale dei mulini. Il lavoro si basava quindi sulla forza muscolare dell’uomo o al massimo di altre componenti.
I prodotti, in particolare quelli tessili, venivano a costare moltissimo, proprio perché per produrli occorreva molto tempo: i telai erano manovrati a mano e perfino le distanze erano praticamente sconfinate.
L’invenzione della macchina a vapore mutò appunto questo stato di cose, visto che la sua forza venne sfruttata soprattutto per muovere i telai e più tardi trascinare sui binari lunghi convogli ferroviari. La produzione tessile aumentò in modo improvviso e nello stesso tempo i prezzi dei tessuti diminuirono, visto che un metro di stoffa lavorata a macchina poteva essere prodotto in un tempo infinitamente minore rispetto alla lavorazione manuale. La grande massa dei lavoratori tessili, i quali lavoravano per proprio conto come artigiani veri e propri, non fu un grado di reggere alla concorrenza delle macchine, quindi si trasferì nelle città dove cominciavano a sorgere le grandi fabbriche in cui funzionavano centinaia di telai, mossi appunto dalla macchina a vapore.
LA MACCHINA A VAPORE DI WATT
I primi filatoi e i primi telai meccanici venivano fatti funzionare, come detto in precedenza, con l'energia dell'acqua o (meno frequentemente) del vento. Le fabbriche potevano quindi essere costruite solo dove c'erano fiumi o torrenti, o in zone ventilate per tutto l'anno; ma la potenza dell'acqua o del vento cambiava a seconda delle stagioni e dei giorni e non sempre era sufficiente per azionare le macchine.
Si cercò allora di realizzare delle macchine capaci di fornire energia in ogni luogo e in ogni momento.
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| un telaio a mano della seconda metà del XVIII secolo |
La prima macchina con tali caratteristiche fu la MACCHINA A VAPORE ideata da James Watt tra il 1764 e il 1768.
La macchina di Watt è, in pratica, un motore a combustione esterna cioè un motore dove la combustione avviene all’esterno del motore e serve a scaldare un fluido di lavoro (in questo caso acqua) il quale trasforma l’energia termica (il calore prodotto dalla combustione) in energia meccanica (il movimento dei meccanismi del motore).
Nel caso della macchina a vapore di Watt il combustibile è il carbone che viene bruciato sotto una caldaia nella quale si scalda l’acqua. Quando l’acqua bolle si trasforma in vapore che, lungo un tubo, viene incanalato fino ad un cilindro. Il vapore riempiva il cilindro e metteva in movimento il pistone. Una sbarra di ferro collegava il pistone a una trave. Il vapore spingeva il pistone in alto e in basso, imprimendo lo stesso movimento alla trave. All'altra estremità della trave c'era un'altra sbarra di ferro collegata a una ruota dentata. Questa si ingranava con una ruota più grande. Muovendosi la trave, si muovevano anche le ruote dentate, e la grande ruota, girando, faceva funzionare la macchina.
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| immagine della macchina di Watt |
Con le figure che seguono sono illustrati i principi di funzionamento della macchina a vapore
(A) Il pistone è nella parte alta del cilindro. Il vapore (in arancio) viene incanalato nel cilindro e lo spinge in basso. Anche la trave, di conseguenza, si muove verso il basso e con essa la grande ruota. Mentre il vapore si espande, facendo scendere la testa del pistone, si apre la valvola di scarico e il vapore precedente (in blu) viene spinto fuori (B). Poco prima che il pistone raggiunga il fine corsa posteriore (C), avviene una nuova immissione di vapore ad alta pressione, questa volta dal basso (D). Così facendo il vapore aiuta la risalita del pistone con la stessa forza con il quale lo ha spinto verso il basso e riportandolo nella posizione di partenza. Anche la trave, di conseguenza, si muove verso l’alto e fa compiere un intero giro alla grande ruota.
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| animazione che mostra il funzionamento della macchina a vapore: il vapore viene immesso nel cilindro spingendo il pistone che, attraverso una serie di collegamenti meccanici, innesca il movimento circolare della grande ruota |
Dal 1784 la macchina a vapore (perfezionata dall'inglese Watt) fu applicata ai filatoi meccanici e poi ai telai meccanici. In questo modo ogni macchina poteva azionare decine di telai riducendo il numero degli operai (una sola persona poteva controllare più di un telaio), velocizzando le operazioni e riducendo i costi.
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| immagine d'epoca di un telaio a vapore |
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| l'interno id una fabbrica tessile, si notano le cinghie che collegano ogni telaio al motore a vapore principale |