Idei geniale care au schimbat omenirea – Motorul cu aburi

0
38

“Merge pe două roţi, care îi sunt copitele, iar acestea sunt puse în mişcare de picioare strălucitoare din oţel, denumite pistoane; ele sunt propulsate de aburi şi, cu cât se aplică mai mult abur la extremităţile superioare (le-aş numi crupe) ale acestor pistoane, cu atât mai rapid se mişcă roţile; iar când viteza trebuie să scadă, aburul, care, dacă nu ar ieşi în exterior ar produce o explozie în rezervor, se evaporă în aer printr-o valvă de siguranţă…” 

Ceea ce este atât de izbitor în descrierea lui Fanny nu sunt doar calităţile de animal pe care le acordă locomotivei, ci şi felul minunat în care îi explică modul de funcţionare. Fanny era o fată isteaţă, care i-a cerut lui George Stephenson să-i explice, şi este evident că a înţeles destul de bine principiul de bază.

Această vizibilitate a puterii motorului cu aburi este cea care pare să fi inspirat acel simţ de familiaritate şi, în acelaşi timp, veneraţie, pe care oamenii, de-a lungul timpului, l-au simţit pentru foarte puţine maşinării.

Ideea de motor cu aburi este surprinzător de veche, datând de mai bine de 2.000 de ani. Încă din secolul al III-lea î.Hr., un inventator grec din Alexandria, numit Ctesibius, şi-a dat seama că jetul de abur din ciocul unui ceainic este foarte puternic.

A început să jongleze cu ideea unui eolipil, un ceainic rotund, plasat pe un pivot, care putea fi programat să se rotească pe jeturi de aburi ce ieşeau din duze, pe fiecare parte.

După circa 350 de ani, alt alexandrin, pe nume Heron, a creat un proiect practic de eolipil, iar o reconstrucţie recentă a acestuia a dovedit că funcţiona perfect. Cu toate acestea, dispozitivul lui Heron era o simplă joacă şi, chiar dacă numeroşi inventatori au făcut experimente utilizând dispozitive cu aburi, au mai fost necesari alţi 1.600 de ani ca să fie proiectat primul motor cu aburi funcţional.

Momentul fundamental a fost descoperirea vidului şi a puterii presiunii aerului, la jumătatea secolului al XVII-lea. Într-o demonstraţie faimoasă din 1.663, Otto von Guericke a arătat că presiunea atmosferică a fost suficient de mare încât să facă două jumătăţi ale unei sfere golite de aer să reziste forței de tracţiune a opt cai puternici.

Această descoperire a făcut posibilă o modalitate complet diferită de a utiliza aburul în jeturile lui Heron. În loc să folosească puterea expansivă a aburului, se putea utiliza contracţia puternică atunci când se răceşte şi se condensează. În anii 1.670, inventatorul francez Denis Papin şi-a dat seama că, dacă aburul este prins într-un cilindru, acesta se contractă în mod spectaculos şi creează o aspiraţie puternică pe măsură ce se condensează.

În 1698, inventatorul englez Thomas Savery a construit primul motor cu aburi de dimensiuni reale utilizând acest principiu. El a creat o pompă suflând aer în ţeava acesteia, apoi a răcit-o, pentru ca aerul să se condenseze şi să se contracte şi, prin urmare, să împingă apa în sus pe ţeavă.

Motorul lui Savery a fost utilizat într-o serie de mine de cărbune noi ale vremii, când inundaţiile erau o problemă, însă presiunea mare din sistem a condus la o explozie care a făcut în cele din urmă ca această invenţie să nu mai fie folosită.

Când negustorul de articole de fierătie Thomas Newcomen din Devon şi-a construit noul motor în 1.712, el a evitat acest pericol fierbând apa separat şi trimiţând aburul la presiune joasă într-un cilindru cu ajutorul unui piston. Aburul era condus în cilindru și împingea pistonul în sus, apoi se închidea o supapă, era turnată apă rece şi aburul se condensa, creând un vid care împingea pistonul în jos. Pistonul era ataşat la un arbore pivotant şi, pe măsură ce acesta împingea în jos, trăgea în sus celălalt capăt al arborelui, scoţând apa de la o adâncime de până la 45 de metri din minele în care era instalat motorul.

Motorul lui Newcomen a avut atât de mult succes, încât, foarte curând, mii de exemplare au fost instalate în minele din Marea Britanie şi din Europa. Motorul cu aburi îşi făcuse apariţia. Însă principalele descoperiri tehnologice nu se produseseră încă, iar cel care le-a făcut posibile a fost inventatorul scoţian James Watt.

Prima inovaţie a lui Watt a fost adăugarea unui condensator separat pentru a condensa aburul în afara cilindrului şi a împiedica răcirea continuă a acestuia şi irosirea astfel a unei cantităţi mari de căldură. A doua inovaţie a sa a fost aceea de a introduce aburul din ambele laturi ale pistonului, astfel încât acesta să se poată condensa şi contracta alternativ din cele două părți.

Odată cu motorul cu aburi cu dublă acţiune realizat de Boulton & Watt a început epoca aburului. Nu exagerăm deloc dacă spunem că motorul cu aburi a avut un impact uriaş.

Aburul le-a dat oamenilor o sursă de energie imposibil de imaginat anterior. Asociat cu noile maşinării ale epocii, acesta le-a permis câtorva bărbaţi să producă în puține ore ceea ce o armată ar fi produs într-o lună. Într-adevăr, a creat o nouă specie de om: magnatul industrial.

În 1.776, când secretarul lui Samuel Johnson, Boswell, a vizitat Soho, moara din Birmingham a lui Matthew Boulton, acesta a relatat: „Mi-aş fi dorit ca Johnson să fi fost cu noi… Imensitatea şi puterea unora dintre aceste maşini s-ar fi potrivit minţii lui măreţe. Nu voi uita niciodată ce mi-a spus dl. Boulton: «Domnule, eu vând aici ceea ce o lume întreagă îşi doreşte să aibă – PUTERE».“

Epoca fabricilor începuse deja, iar roţile hidraulice conduceau curelele care acţionau maşinile de tors şi de ţesut din oraşele cu industrie textilă din nordul Marii Britanii. Însă motorul cu aburi a adus Revoluţia Industrială la un nivel cu totul nou.

Roţile hidraulice puteau fi instalate doar în câteva locuri, unde râul era lat şi suficient de adânc şi depindeau foarte mult de flux. Motoarele cu aburi ofereau mult mai multă energie, fiabilitate şi consistenţă şi puteau fi instalate aproape oriunde era necesar.

Foarte curând, motoarele cu aburi au fost amplasate în fabrici şi ateliere, în mine şi mori, pompând apă, acționând maşini, ridicând greutăţi. Coşurile care scoteau aburul din motoare umpleau cerul de fum în timp ce fabricile acopereau peisajul, iar oraşele noi apăreau în jurul lor ca ciupercile după ploaie.

Pentru prima dată în istoria lumii, alimentată cu aburi, industria devenea forţa motrice a societăţii. La începutul Revoluţiei Industriale, trăsurile trase de cai şi canalele navigabile erau suficiente pentru a transporta materialele brute către mori şi a duce produsele finite. Însă curând, proprietarii de mori au început să caute o modalitate de a muta lucrurile mai rapid, mai departe şi în cantităţi mai mari – atât pentru a face faţă cererii în creștere, cât şi pentru a întrece concurenţa.

Aici a apărut astfel un nou tip de motor cu aburi. Prima generaţie de motoare a fost în întregime statică – prea mare şi prea grea pentru a fi folosită pentru transport. Însă mai târziu, în 1.799, Richard Trevithick din Cornwall a creat un motor incredibil de compact şi de puternic, utilizând aburi de mare presiune pentru a forţa pistonul în jos, în locul vidului de abur condensat, pentru a-l trage.

În 1804, Trevithick şi-a amplasat motorul pe un suport şi l-a aşezat pe o cale ferată, creând prima locomotivă cu aburi. Totuşi, George Stephenson şi fiul său, Robert, au fost cei care au iniţiat epoca feroviară, odată cu calea ferată Stockton–Darlington, inaugurată în 1825, şi calea ferată Liverpool–Manchester, realizată cinci ani mai târziu.

Timp de un secol, motorul cu aburi a fost forţa motrice din spatele celei mai spectaculoase transformări a lumii din istorie. Motoarele statice cu aburi alimentau cu energie fabrici mari care produceau totul, de la grinzi până la pantaloni din bumbac, în cantităţi uriaşe.

Trenurile cu aburi transportau materialele brute şi bunurile finisate la şi de la fabrici, precum şi valul tot mai mare de călători care, pentru prima dată în istorie, puteau să parcurgă distanţe considerabil de mari până la serviciu.

Începând cu Marea Britanie, naţiune după naţiune au cunoscut o dezvoltare uimitoare a averilor, a puterii industriale şi, mai ales, a oraşelor. De exemplu, în SUA, populaţia urbană, care în 1820 totaliza circa 7% , a crescut la peste 51% în 1920, iar populaţia oraşului New York s-a dezvoltat de la 124.000 de locuitori la aproape 8 milioane, în timp ce în Philadelphia a crescut de la 64.000 la 2,4 milioane.

De asemenea, în Vestul puţin populat au apărut sute de oraşe noi pe măsură ce s-au construit noi căi ferate de-a lungul acestui ţinut. Pionierul feroviar Charles Francis Adams a comentat plin de entuziasm: „Noul oraş din Vest s-a dedicat în mod instinctiv… trup şi suflet mişcării vremii. A realizat faptul important că aburul a revoluţionat lumea şi şi-a legat întreaga existenţă de marea putere a epocii moderne.“

Apoi, la începutul secolului XX, motorul cu aburi a început să cunoască o perioadă de declin, fiind înlocuit, se pare, de electricitate şi de motorul cu ardere internă. Căile ferate păreau să ducă o bătălie fără sorți de izbândă cu valul din ce în ce mai mare al traficului de pe şosele şi, chiar şi în sectorul lor, locomotivele cu aburi începeau să cedeze locul motoarelor diesel şi electrice.

În Marea Britanie, locul de naştere al trenurilor cu aburi, ultimul astfel de vehicul a dispărut în 1968, în SUA în 1962, iar în China în 2005. Între timp, fabricile au recurs şi mai rapid la electricitate pentru a face maşinile să funcţioneze.

Peisajele victoriene pline de nori de fum ce ieşeau din coşuri au rămas acum doar o amintire de demult. Totuşi, puterea aburului nu a dispărut cu totul; pur şi simplu s-a ascuns în culise. Doar o mică parte a electricităţii lumii este generată de aburi. Unele staţii de alimentare ard cărbune, altele petrol sau gaz, sau consumă combustibil nuclear, însă toate folosesc căldură pentru a crea aburul care să pună în funcțiune turbinele generatorului.

Aşadar, atunci când deschideţi computerul, sunt şanse să folosiţi puterea aburului. Când puneţi rufele în maşina de spălat, folosiţi puterea aburului. Când călătoriţi cu metroul electric, energia acestuia este alimentată de aburi.

La fel sunt şi luminile oraşului, panourile electronice de afişaj de la aeroport şi oricare alt aspect al vieţii moderne care se bazează pe electricitate. Aburul poate acum să nu fie vizibil acolo unde vă aflaţi, însă energia lui se află peste tot.

Mai mult, motorul cu aburi este departe de a fi considerat dispărut. Fisurile din imaginea motorului cu ardere internă încep să se mărească odată cu setea sa nepotolită de combustibil și cu trombele uriaşe de dioxid de carbon şi de alţi agenţi poluanţi care erup în atmosferă.

Mulţi ingineri susţin că tehnologia cu aburi a secolului XXI, numită tehnologie cu aburi avansată, poate oferi ceva mult mai bun. Motoarele cu aburi nu sunt restricţionate să ardă combustibil de calitate superioară, cum sunt motoarele cu benzină şi cele diesel; acestea pot fi proiectate să funcţioneze practic cu orice substanţă care arde.

În plus, ele produc forţa de torsiune maximă, aşa că nu necesită ambreiaj şi roţi dinţate, iar eficienţa este mult mai mare. De asemenea, ele pot funcţiona cu mult mai puţin combustibil decât motoarele cu benzină şi cele diesel, deci pot fi mai ieftin de operat şi mult mai puţin poluante.

În Elveţia şi Austria au fost introduse de curând trenurile cu aburi, care s-au bucurat de un oarecare succes. În anul 1781, la scurt timp după ce James Watt a creat primul motor cu aburi, Erasmus Darwin (bunicul marelui evoluţionist) a scris un elogiu plin de entuziasm legat de viitorul motoarelor cu aburi:

Curând, braţul ABURULUI NEÎNTRECUT! departe
Va împinge navele încete sau va conduce maşini rapide;
Sau va purta pe aripi largi şi mari
Trăsuri zburătoare prin câmpuri de aer.

 

 

Niciuna dintre aceste previziuni nu s-a îndeplinit, însă oamenii chiar au făcut experimente utilizând maşini şi avioane cu aburi, iar aburul este într-adevăr neîntrecut ca sursă de energie care conduce lumea noastră modernă.

 

50 de idei geniale care au schimbat omenirea – John Farndon. Traducere Grall Soft. Editura Litera, 2012