James Watt (Español)

Cuando tenía 18 años murió su madre y la salud de su padre empezó a fallar. Watt viajó a Londres y pudo obtener un período de formación como fabricante de instrumentos durante un año (1755/56) , luego regresó a Escocia, instalándose en la principal ciudad comercial de Glasgow con la intención de establecer su propio negocio de fabricación de instrumentos. Todavía era muy joven y, al no haber tenido un aprendizaje completo, no tenía las conexiones habituales a través de un antiguo maestro para establecerse como un fabricante de instrumentos oficial.

Watt se salvó de este callejón sin salida con la llegada de Jamaica de instrumentos astronómicos legados por Alexander Macfarlane a la Universidad de Glasgow, instrumentos que requerían la atención de un experto. Watt los restauró a funcionamiento y fue remunerado. Estos instrumentos finalmente se instalaron en el Observatorio Macfarlane. Posteriormente, tres profesores le ofrecieron la oportunidad de montar un pequeño taller dentro de la universidad. Se inició en 1757 y dos de los profesores, el físico y químico Joseph Black y el famoso Adam Smith, se hicieron amigos de Watt.

Al principio trabajó en el mantenimiento y reparación de instrumentos científicos utilizados en la universidad, ayudando con demostraciones y ampliando la producción de cuadrantes. Hizo y reparó cuadrantes reflectantes de latón, reglas paralelas, escalas, piezas para telescopios y barómetros, entre otras cosas.

A veces se dice falsamente que luchó por establecerse en Glasgow debido a la oposición de Trades House, pero este mito ha sido completamente desacreditado por el historiador, Lumsden. Los registros de este período se han perdido, pero se sabe que pudo trabajar y comerciar con total normalidad. como trabajador metalúrgico calificado, por lo que la Incorporación de Hammermen debe haber estado satisfecha de que cumplía con sus requisitos para ser miembro. También se sabe que otras personas en los oficios del metal fueron perseguidas por trabajar sin ser miembros de la e Incorporación hasta bien entrado el siglo XIX, por lo que las reglas definitivamente se estaban haciendo cumplir cuando Watt comerciaba libremente en toda la ciudad.

En 1759 se asoció con John Craig, un arquitecto y hombre de negocios, para fabricar y vender una línea de productos que incluye instrumentos musicales y juguetes. Esta asociación duró los siguientes seis años y empleó hasta dieciséis trabajadores. Craig murió en 1765. Un empleado, Alex Gardner, finalmente se hizo cargo del negocio, que duró hasta el siglo XX.

En 1764, Watt se casó con su prima Margaret (Peggy) Miller, con quien tuvo cinco hijos. , dos de los cuales vivieron hasta la edad adulta: James Jr. (1769–1848) y Margaret (1767–1796). Su esposa murió al dar a luz en 1772. En 1777 volvió a casarse con Ann MacGregor, hija de un tintorero de Glasgow, con quien tuvo dos hijos: Gregory (1777-1804), que se convirtió en geólogo y mineralogista, y Janet (1779-1794). Ann murió en 1832. Entre 1777 y 1790 vivió en Regent Place, Birmingham.

Watt y la tetera

Existe una historia popular de que Watt se inspiró para inventar la máquina de vapor por al ver una tetera hirviendo, el vapor obligaba a que la tapa se levantara y mostraba así a Watt el poder del vapor. Esta historia se cuenta de muchas formas; en algunos Watt es un muchacho joven, en otros es mayor, a veces es la tetera de su madre, a veces la de su tía. Watt en realidad no inventó la máquina de vapor, como implica la historia, pero mejoró drásticamente la eficiencia de el motor Newcomen existente agregando un condensador separado. Esto es difícil de explicar a alguien que no esté familiarizado con los conceptos de calor y eficiencia térmica. Parece que la historia fue creada, posiblemente por el hijo de Watt, James Watt Jr., y persiste porque es fácil de entender y recordar para los niños. Desde este punto de vista, puede verse como similar a la historia de Isaac Newton y la manzana que cae y su descubrimiento de la gravedad.

Aunque a menudo se descarta como un mito, la historia de Watt y la tetera tiene un base de hecho. Al tratar de comprender la termodinámica del calor y el vapor, James Watt llevó a cabo muchos experimentos de laboratorio y sus diarios registran que, al realizarlos, utilizó una tetera como caldera para generar vapor.

Experimentos iniciales con vapor

En 1759, el amigo de Watt, John Robison, llamó su atención sobre el uso del vapor como fuente de fuerza motriz.El diseño del motor Newcomen, en uso durante casi 50 años para bombear agua de las minas, apenas había cambiado desde su primera implementación. Watt comenzó a experimentar con vapor, aunque nunca había visto una máquina de vapor en funcionamiento. Intentó construir un modelo; no funcionó satisfactoriamente, pero continuó con sus experimentos y comenzó a leer todo lo que pudo sobre el tema. Se dio cuenta de la importancia del calor latente (la energía térmica liberada o absorbida durante un proceso de temperatura constante) para comprender el motor, que, sin que Watt lo supiera, su amigo Joseph Black había descubierto anteriormente algunos años antes. La comprensión de la máquina de vapor estaba en un estado muy primitivo, ya que la ciencia de la termodinámica no se formalizaría durante casi otros 100 años.

En 1763, se le pidió a Watt que reparara un modelo de motor Newcomen perteneciente a la universidad. . Incluso después de la reparación, el motor apenas funcionó. Después de mucha experimentación, Watt demostró que alrededor de las tres cuartas partes de la energía térmica del vapor se consumían al calentar el cilindro del motor en cada ciclo. Esta energía se desperdició porque más adelante en el ciclo se inyectó agua fría en el cilindro para condensar el vapor y reducir su presión. Por lo tanto, al calentar y enfriar repetidamente el cilindro, el motor desperdicia la mayor parte de su energía térmica en lugar de convertirla en energía mecánica.

La idea crítica de Watt, a la que llegó en mayo de 1765, fue hacer que el vapor condensar en una cámara separada aparte del pistón, y mantener la temperatura del cilindro a la misma temperatura que el vapor inyectado rodeándolo con una «camisa de vapor». Así, el cilindro absorbió muy poca energía en cada ciclo, haciendo más disponible para realizar un trabajo útil. Watt tenía un modelo de trabajo más tarde ese mismo año.

A pesar de un diseño potencialmente viable, todavía había dificultades sustanciales en la construcción de un motor a gran escala. Esto requirió más c apital, algunos de los cuales procedían de Black. Un respaldo más sustancial provino de John Roebuck, el fundador de la célebre Carron Iron Works cerca de Falkirk, con quien ahora formó una sociedad. Roebuck vivía en Kinneil House en Bo «ness, tiempo durante el cual Watt trabajó en el perfeccionamiento de su máquina de vapor en una cabaña adyacente a la casa. La estructura de la cabaña y una gran parte de uno de sus proyectos aún existen en la parte trasera. .

La principal dificultad estaba en el mecanizado del pistón y el cilindro. Los trabajadores del hierro de la época eran más como herreros que maquinistas modernos y no podían producir los componentes con suficiente precisión. Se gastó mucho capital en la búsqueda de un patente sobre la invención de Watt. Con escasez de recursos, Watt se vio obligado a aceptar un empleo, primero como topógrafo y luego como ingeniero civil, durante ocho años.

Roebuck quebró y Matthew Boulton, propietario de la fábrica de Soho cerca de Birmingham , adquirió sus derechos de patente. En 1775 se obtuvo con éxito una extensión de la patente hasta 1800.

A través de Boulton, Watt finalmente tuvo acceso a algunos de los mejores trabajadores del hierro del mundo. La dificultad de la fabricación de un cilindro grande con un pistón bien ajustado fue resuelta por John Wilkinson, quien había desarrollado técnicas de perforación de precisión para la fabricación de cañones en Bersham, cerca de Wrexham, Gales del Norte. Watt y Boulton formaron una asociación de gran éxito, Boulton y Watt, que duró los siguientes veinticinco años.

Primeros motores

En 1776, los primeros motores se instalaron y funcionaron en empresas comerciales. Estos primeros motores se utilizaron para impulsar bombas y solo producían un movimiento alternativo para mover las varillas de la bomba en la parte inferior del eje. El diseño fue un éxito comercial, y durante los siguientes cinco años Watt estuvo muy ocupado instalando más motores, principalmente en Cornualles para bombear agua de las minas.

Estos primeros motores no fueron fabricados por Boulton y Watt, pero fueron realizado por otros de acuerdo con los dibujos hechos por Watt, quien se desempeñó en el papel de ingeniero consultor. El montaje del motor y su puesta a punto fue supervisado por Watt, al principio, y luego por los empleados de la empresa. Se trataba de máquinas grandes. La primera, por ejemplo, tenía un cilindro con un diámetro de unas 50 pulgadas y un altura total de aproximadamente 24 pies, y requirió la construcción de un edificio dedicado para albergarlo. Boulton y Watt cobraron un pago anual, igual a un tercio del valor del carbón ahorrado en comparación con un motor Newcomen que realizaba el mismo trabajo.

El campo de aplicación de la invención se amplió enormemente cuando Boulton instó a Watt a convertir el movimiento alternativo del pistón para producir potencia de rotación para esmerilar, tejer y fresar. Aunque una manivela parecía la solución obvia para la conversión, Watt y Boulton se vieron obstaculizados por una patente para esto, cuyo titular, James Pickard, y sus asociados propusieron la licencia cruzada del condensador externo. Watt se opuso rotundamente a esto y eludieron la patente con su engranaje solar y planetario en 1781.

Durante los siguientes seis años, realizó una serie de otras mejoras y modificaciones a la máquina de vapor. Un motor de doble efecto, en el que el vapor actuaba alternativamente en los dos lados del pistón era uno. Describió métodos para trabajar el vapor «expansivamente» (es decir, usando vapor a presiones muy por encima de la atmosférica). Se describió un motor compuesto que conectaba dos o más motores. Se otorgaron dos patentes más para estos en 1781 y 1782. Se implementaron continuamente otras numerosas mejoras que facilitaron la fabricación e instalación. Uno de ellos incluyó el uso del indicador de vapor que produjo un gráfico informativo de la presión en el cilindro contra su volumen, que mantuvo como secreto comercial. Otro invento importante, del que Watt estaba más orgulloso, era el movimiento paralelo que era esencial en los motores de doble efecto, ya que producía el movimiento en línea recta requerido para el vástago del cilindro y la bomba, desde la viga oscilante conectada, cuyo extremo se mueve en arco circular. Este fue patentado en 1784. Una válvula de mariposa para controlar la potencia del motor y un gobernador centrífugo, patentado en 1788, para evitar que «se escapara» eran muy importantes. Estas mejoras tomadas en conjunto produjeron un motor que era hasta cinco veces más eficiente en el uso de combustible que el motor Newcomen.

Debido al peligro de explosión de calderas, que se encontraban en una etapa de desarrollo muy primitiva, y los problemas continuos con las fugas, Watt restringió el uso de vapor de alta presión: todos sus motores usaban vapor a presión casi atmosférica.

Pruebas de patentes

Edward Bull comenzó a construir motores para Boulton y Watt en Cornwall en 1781. En 1792 había comenzado a fabricar motores de su propio diseño, pero que contenían un condensador separado, por lo que infringía las patentes de Watt. Dos hermanos, Jabez Carter Hornblower y Jonathan Hornblower Jr., también comenzaron a construir motores casi al mismo tiempo. Otros comenzaron a modificar los motores Newcomen agregando un condensador, y los propietarios de las minas en Cornwall se convencieron de que la patente de Watt no se podía hacer cumplir. Comenzaron a retener los pagos debidos a Boulton y Watt, que en 1795 habían disminuido. Del total de £ 21.000 (equivalente a 2.190.000 libras esterlinas en 2019) adeudados, solo se habían recibido 2.500 libras esterlinas. Watt se vio obligado a acudir a los tribunales para hacer cumplir sus reclamaciones.

Primero demandó a Bull en 1793. El jurado determinó que Watt , pero la cuestión de si la especificación original de la patente era válida o no se dejó para otro juicio. Mientras tanto, se dictaron medidas cautelares contra los infractores, lo que obligó a que sus pagos de regalías se depositaran en custodia. El juicio para determinar la La validez de las especificaciones que se celebró el año siguiente no fue concluyente, pero las medidas cautelares permanecieron en vigor y los infractores, a excepción de Jonathan Hornblower, comenzaron a resolver sus casos. Hornblower pronto fue llevado a juicio y el veredicto de los cuatro jueces (en 1799) estaba decididamente a favor de Watt. Su amigo John Wilkinson, que había resuelto el problema de perforar un cilindro preciso, fue un caso particularmente grave. Había montado una veintena de motores sin el conocimiento de Boulton y Watts. Finalmente acordaron resolver la infracción en 1796. Boulton y Watt nunca cobraron todo lo que se les debía, pero todas las disputas se resolvieron directamente entre las partes o mediante arbitraje. Estas pruebas fueron extremadamente costosas tanto en dinero como en tiempo, pero al final fueron un éxito para la empresa.

Copiadora

Antes de 1780 no había nada bueno método para hacer copias de cartas o dibujos. El único método que se utilizaba a veces era mecánico con varios bolígrafos enlazados. Watt al principio experimentó mejorando este método, pero pronto abandonó este enfoque porque era muy engorroso. En su lugar, decidió intentar transferir físicamente un poco de tinta del frente del original a la parte posterior de otra hoja, humedecida con un solvente y presionada sobre el original. La segunda hoja tenía que ser fina, de modo que la tinta pudiera verse a través de ella cuando la copia se sostenía a contraluz, reproduciendo así el original exactamente.

Watt comenzó a desarrollar el proceso en 1779 e hizo muchos experimentos para formular la tinta, seleccionar el papel fino, idear un método para humedecer el papel fino especial y hacer una prensa adecuada para aplicar el papel fino. presión correcta para efectuar la transferencia. Todo esto requirió mucha experimentación, pero pronto tuvo el éxito suficiente para patentar el proceso un año después. Watt formó otra sociedad con Boulton (quien proporcionó financiamiento) y James Keir (para administrar el negocio) en una empresa llamada James Watt and Co. La perfección de la invención requirió mucho más trabajo de desarrollo antes de que otros pudieran usarla de manera rutinaria, pero esto se llevó a cabo durante los próximos años. Boulton y Watt entregaron sus acciones a sus hijos en 1794. Se convirtió en un éxito comercial y se usó ampliamente en oficinas incluso en el siglo XX.

Experimentos químicos

Desde una edad temprana Watt estaba muy interesado en la química. A fines de 1786, mientras estaba en París, presenció un experimento de Berthollet en el que reaccionaba ácido clorhídrico con dióxido de manganeso para producir cloro. Ya había descubierto que una solución acuosa de cloro podía blanquear textiles, y había publicado sus hallazgos, que despertaron gran interés entre muchos rivales potenciales. Cuando Watt regresó a Gran Bretaña, comenzó experimentos en este sentido con la esperanza de encontrar un proceso comercialmente viable. Descubrió que una mezcla de sal, dióxido de manganeso y ácido sulfúrico podía producir cloro, que Watt creía que podría ser un método más barato. Pasó el cloro a una solución débil de álcali y obtuvo una solución turbia que parecía tener buenas propiedades blanqueadoras. Pronto comunicó estos resultados a James McGrigor, su suegro, que era blanqueador en Glasgow. De lo contrario, trató de mantener su método en secreto.

Con McGrigor y su esposa Annie, comenzó a ampliar el proceso y, en marzo de 1788, McGrigor pudo blanquear 1500 yardas de tela a su satisfacción. Por esta época, Berthollet descubrió el proceso de la sal y el ácido sulfúrico y lo publicó para que se hiciera público. Muchos otros empezaron a experimentar con la mejora del proceso, que todavía presentaba muchas deficiencias, entre las que destacaba el problema del transporte del producto líquido. Los rivales de Watt pronto lo superaron en el desarrollo del proceso, y abandonó la carrera. No fue hasta 1799, cuando Charles Tennant patentó un proceso para producir polvo blanqueador sólido (hipoclorito de calcio) que se convirtió en un éxito comercial.

En 1794, Watt había sido elegido por Thomas Beddoes para fabricar aparatos para producir, limpiar y almacenar gases para su uso en la nueva Institución Neumática en Hotwells en Bristol. Watt continuó experimentando con varios gases durante varios años, pero en 1797 los usos médicos de los «aires facticios» habían llegado a un callejón sin salida.

Personalidad

Watt combinó el conocimiento teórico de la ciencia con la capacidad de aplicarlo en la práctica. Humphry Davy dijo de él «Aquellos que consideran a James Watt sólo como un gran mecánico práctico se forman una idea muy errónea de su carácter ; fue igualmente distinguido como filósofo natural y químico, y sus inventos demuestran su profundo conocimiento de esas ciencias, y esa peculiar característica del genio, la unión de ellas para su aplicación práctica «.

Fue muy respetado por otros hombres prominentes de la Revolución Industrial. Era un miembro importante de la Sociedad Lunar, y era un conversador y compañero muy solicitado, siempre interesado en expandir sus horizontes. Sus relaciones personales con sus amigos y socios fueron siempre agradables y prolongadas. -durante.

Watt fue un corresponsal prolífico. Durante sus años en Cornualles, escribió largas cartas a Boulton varias veces a la semana. Era reacio a publicar sus resultados en, por ejemplo, las Transacciones filosóficas del Sin embargo, la Royal Society prefirió comunicar sus ideas en patentes. Fue un excelente dibujante.

Era un hombre de negocios bastante pobre y, en especial, odiaba las condiciones de negociación y negociación. con los que pretendían utilizar la máquina de vapor. En una carta a William Small en 1772, Watt confesó que «preferiría enfrentarse a un cañón cargado que saldar una cuenta o hacer un trato». Hasta que se jubiló, siempre estuvo muy preocupado por sus asuntos financieros, y estaba algo preocupado. Su salud a menudo era mala y sufría frecuentes dolores de cabeza nerviosos y depresión.

Soho Foundry

Al principio, la sociedad hizo el dibujo y las especificaciones de los motores, y supervisó el trabajo para montarlo en la propiedad del cliente. Ellos mismos produjeron casi ninguna de las piezas. Watt hizo la mayor parte de su trabajo en su casa en Harpers Hill en Birmingham, mientras que Boulton trabajaba en Soho Manufactory. Gradualmente, los socios empezaron a fabricar más y más piezas, y en 1795 compraron una propiedad a una milla de distancia. de la fábrica de Soho, a orillas del Canal de Birmingham, para establecer una nueva fundición para la fabricación de los motores. La fundición de Soho abrió formalmente en 1796 en un momento en que los hijos de Watt, Gregory y James Jr., estaban muy involucrados en la gestión de la empresa. En 1800, el año del retiro de Watt, la empresa fabricó un total de 41 motores.

Años posteriores

Watt se retiró en 1800, el mismo año en que su patente fundamental y asociación con Boulton La famosa sociedad se transfirió a los hijos de los hombres, Matthew Robinson Boulton y James Watt Jr .. El ingeniero de la firma William Murdoch pronto se convirtió en socio y la firma prosperó.

Watt continuó inventando otros cosas antes y durante su semi-retiro. Dentro de su casa en Handsworth, Staffordshire, Watt utilizó una buhardilla como taller, y fue aquí donde trabajó en muchos de sus inventos. Entre otras cosas, inventó y construyó varias máquinas para copiar esculturas y medallones que funcionaron muy bien, pero que nunca patentó. Una de las primeras esculturas que produjo con la máquina fue una pequeña cabeza de su viejo amigo profesor Adam Smith. Mantuvo su interés en la ingeniería civil y fue consultor en varios proyectos importantes. Propuso, por ejemplo, un método para construir una tubería flexible que se utilizaría para bombear agua debajo del Clyde en Glasgow.

Él y su segunda esposa viajaron a Francia y Alemania, y compró una finca a mediados de -Wales en Doldowlod House, a una milla al sur de Llanwrthwl, que mejoró mucho.

En 1816 hizo un viaje en el barco de vapor Comet, un producto de sus inventos, para volver a visitar su ciudad natal de Greenock .

Murió el 25 de agosto de 1819 en su casa «Heathfield Hall» cerca de Handsworth en Staffordshire (ahora parte de Birmingham) a la edad de 83 años. Fue enterrado el 2 de septiembre en el cementerio de St Mary » s Church, Handsworth. Desde entonces, la iglesia se ha ampliado y su tumba ahora está dentro de la iglesia.