James Watt (Português)

Quando ele tinha 18 anos, sua mãe morreu e a saúde de seu pai começou a piorar. Watt viajou para Londres e conseguiu um período de treinamento como fabricante de instrumentos por um ano (1755/56) , então voltou para a Escócia, estabelecendo-se na grande cidade comercial de Glasgow com a intenção de abrir seu próprio negócio de fabricação de instrumentos. Ele ainda era muito jovem e não tinha um aprendizado completo, não tinha as conexões usuais através de um antigo mestre para se estabelecer como um artesão fabricante de instrumentos.

Watt foi salvo desse impasse com a chegada da Jamaica de instrumentos astronômicos legados por Alexander Macfarlane à Universidade de Glasgow, instrumentos que exigiam atenção especializada. Watt os restaurou funcionamento e era remunerado. Esses instrumentos foram eventualmente instalados no Observatório Macfarlane. Posteriormente, três professores lhe ofereceram a oportunidade de montar uma pequena oficina dentro da universidade. Foi iniciado em 1757 e dois dos professores, o físico e químico Joseph Black, bem como o famoso Adam Smith, tornaram-se amigos de Watt.

No início, ele trabalhou na manutenção e reparo de instrumentos científicos usados em a universidade, ajudando nas demonstrações e expandindo a produção de quadrantes. Ele fez e consertou quadrantes refletivos de latão, réguas paralelas, escalas, peças para telescópios e barômetros, entre outras coisas.

Às vezes, é falsamente declarado que ele lutou para se estabelecer em Glasgow devido à oposição da Trades House, mas esse mito foi totalmente desmascarado pelo historiador Lumsden. Os registros desse período foram perdidos, mas sabe-se que ele era capaz de trabalhar e comercializar de forma totalmente normal como metalúrgico qualificado, a Incorporação de Hammermen deve ter se certificado de que ele atendia aos requisitos para ser membro. Também se sabe que outras pessoas no comércio de metais foram procuradas por trabalhar sem serem membros da A incorporação já ia bem no século 19, então as regras definitivamente estavam sendo aplicadas quando Watt negociava livremente pela cidade.

Em 1759 ele formou uma parceria com John Craig, um arquiteto e empresário, para fabricar e vender uma linha de produtos que inclui instrumentos musicais e brinquedos. Essa parceria durou seis anos e empregou até dezesseis trabalhadores. Craig morreu em 1765. Um funcionário, Alex Gardner, acabou assumindo a empresa, que durou até o século XX.

Em 1764, Watt se casou com sua prima Margaret (Peggy) Miller, com quem teve cinco filhos , dois dos quais viveram até a idade adulta: James Jr. (1769-1848) e Margaret (1767-1796). Sua esposa morreu de parto em 1772. Em 1777 ele se casou novamente com Ann MacGregor, filha de um tintureiro de Glasgow, com quem teve dois filhos: Gregory (1777-1804), que se tornou geólogo e mineralogista, e Janet (1779–1794). Ann morreu em 1832. Entre 1777 e 1790 ele morou em Regent Place, Birmingham.

Watt e a chaleira

Há uma história popular em que Watt se inspirou para inventar a máquina a vapor ver uma chaleira fervendo, o vapor forçando a tampa a subir e, assim, mostrando a Watt o poder do vapor. Essa história é contada de muitas formas; em alguns Watt é um rapaz, em outros é mais velho, às vezes é a chaleira de sua mãe, às vezes é a chaleira de sua tia. Watt não inventou realmente a máquina a vapor, como a história indica, mas melhorou dramaticamente a eficiência do o motor Newcomen existente adicionando um condensador separado. Isso é difícil de explicar para alguém que não está familiarizado com os conceitos de calor e eficiência térmica. Parece que a história foi criada, possivelmente pelo filho de Watt, James Watt Jr., e persiste porque é fácil para as crianças entenderem e lembrarem. Sob esta luz, pode ser visto como semelhante à história de Isaac Newton e da maçã caindo e sua descoberta da gravidade.

Embora muitas vezes seja descartado como um mito, a história de Watt e a chaleira tem um base de fato. Ao tentar compreender a termodinâmica do calor e do vapor, James Watt realizou muitos experimentos de laboratório e seus diários registram que, ao conduzi-los, ele usou uma chaleira como caldeira para gerar vapor.

Primeiros experimentos com vapor

Em 1759, o amigo de Watt, John Robison, chamou sua atenção para o uso do vapor como fonte de força motriz.O design do motor Newcomen, em uso por quase 50 anos para bombear água de minas, quase não mudou desde sua primeira implementação. Watt começou a fazer experiências com vapor, embora nunca tivesse visto uma máquina a vapor funcionando. Ele tentou construir um modelo; não funcionou de forma satisfatória, mas ele continuou seus experimentos e começou a ler tudo o que podia sobre o assunto. Ele percebeu a importância do calor latente – a energia térmica liberada ou absorvida durante um processo de temperatura constante – na compreensão do motor, que, sem o conhecimento de Watt, seu amigo Joseph Black já havia descoberto alguns anos antes. A compreensão da máquina a vapor estava em um estado muito primitivo, pois a ciência da termodinâmica não seria formalizada por quase outros 100 anos.

Em 1763, Watt foi convidado a consertar um modelo de motor Newcomen pertencente à universidade . Mesmo após o reparo, o motor quase não funcionou. Depois de muita experimentação, Watt demonstrou que cerca de três quartos da energia térmica do vapor estavam sendo consumidos no aquecimento do cilindro do motor em cada ciclo. Essa energia foi desperdiçada porque mais tarde no ciclo a água fria foi injetada no cilindro para condensar o vapor e reduzir sua pressão. Assim, ao aquecer e resfriar repetidamente o cilindro, o motor desperdiçava a maior parte de sua energia térmica em vez de convertê-la em energia mecânica.

O insight crítico de Watt, chegado em maio de 1765, era fazer com que o vapor condensar em uma câmara separada do pistão e manter a temperatura do cilindro na mesma temperatura do vapor injetado, envolvendo-o com uma “camisa de vapor”. Assim, muito pouca energia foi absorvida pelo cilindro em cada ciclo, tornando mais disponíveis para realizar trabalhos úteis. Watt tinha um modelo de trabalho mais tarde naquele mesmo ano.

Apesar de um design potencialmente viável, ainda havia dificuldades substanciais na construção de um motor em escala real. Isso exigia mais c apital, alguns dos quais vieram de Black. Apoio mais substancial veio de John Roebuck, o fundador da famosa Carron Iron Works perto de Falkirk, com quem ele agora formou uma parceria. Roebuck morava na Kinneil House em Bo “ness, durante o qual Watt trabalhou no aperfeiçoamento de sua máquina a vapor em uma cabana adjacente à casa. A estrutura da cabana e uma grande parte de um de seus projetos ainda existem nos fundos .

A principal dificuldade era a usinagem do pistão e do cilindro. Os trabalhadores do ferro da época pareciam mais ferreiros do que os modernos maquinistas e não eram capazes de produzir os componentes com precisão suficiente. Muito capital foi gasto na busca de um patente sobre a invenção de Watt. Sem recursos, Watt foi forçado a trabalhar – primeiro como agrimensor, depois como engenheiro civil – por oito anos.

Roebuck faliu, e Matthew Boulton, que era dono da fábrica do Soho perto de Birmingham , adquiriu seus direitos de patente. Uma extensão da patente para 1800 foi obtida com sucesso em 1775.

Por meio de Boulton, Watt finalmente teve acesso a alguns dos melhores trabalhadores de ferro do mundo. A dificuldade de fabricação de um cilindro grande com um pistão bem ajustado foi resolvida por John Wilkinson, que desenvolveu técnicas de perfuração de precisão para fabricação de canhões em Bersham, perto de Wrexham, North Wales. Watt e Boulton formaram uma parceria de enorme sucesso, Boulton e Watt, que durou pelos próximos vinte e cinco anos.

Primeiros motores

Em 1776, os primeiros motores foram instalados e funcionando em empreendimentos comerciais. Esses primeiros motores foram usados para acionar bombas e produziram apenas movimento alternativo para mover as hastes da bomba na parte inferior do eixo. O projeto foi comercialmente bem-sucedido e, nos cinco anos seguintes, Watt esteve muito ocupado instalando mais motores, principalmente na Cornualha, para bombear água de minas.

Esses primeiros motores não foram fabricados pela Boulton e Watt, mas foram feito por terceiros de acordo com desenhos feitos por Watt, que atuou na função de engenheiro consultor. A montagem do motor e seu shakedown foram supervisionados por Watt, a princípio, e depois por homens a serviço da empresa. Eram máquinas grandes. A primeira, por exemplo, tinha um cilindro com um diâmetro de cerca de 50 polegadas e um altura total de cerca de 24 pés, e exigia a construção de um prédio dedicado para abrigá-lo. Boulton e Watt cobraram um pagamento anual, igual a um terço do valor do carvão economizado em comparação com um motor Newcomen executando o mesmo trabalho.

O campo de aplicação da invenção foi amplamente ampliado quando Boulton instou Watt a converter o movimento alternativo do pistão para produzir potência rotacional para retificar, tecer e fresar. Embora uma manivela parecesse a solução óbvia para a conversão, Watt e Boulton foram impedidos por uma patente para isso, cujo titular, James Pickard, e associados propuseram a licença cruzada do condensador externo. Watt se opôs veementemente a isso e eles contornaram a patente por sua engrenagem solar e planetária em 1781.

Nos seis anos seguintes, ele fez uma série de outras melhorias e modificações na máquina a vapor. Um motor de dupla ação, em que o vapor agia alternadamente nos dois lados do pistão era um. Ele descreveu métodos para trabalhar o vapor “expansivamente” (isto é, usando vapor a pressões bem acima da atmosférica). Um motor composto, que conectava dois ou mais motores foi descrito. Duas outras patentes foram concedidas para estes em 1781 e 1782. Numerosas outras melhorias que tornavam a fabricação e instalação mais fáceis eram continuamente implementadas. Uma delas incluía o uso do indicador de vapor, que produzia um gráfico informativo da pressão no cilindro em relação ao seu volume, que ele mantinha como segredo comercial. Outra invenção importante, da qual Watt mais se orgulhava, foi o movimento paralelo, essencial nos motores de dupla ação, pois produzia o movimento em linha reta necessário para a haste do cilindro e a bomba, a partir da viga oscilante conectada, cuja extremidade se move em um arco circular. Isso foi patenteado em 1784. Uma válvula de aceleração para controlar a potência do motor e um regulador centrífugo, patenteado em 1788, para evitar que ele “fugisse” eram muito importantes. Essas melhorias juntas produziram um motor que era até cinco vezes mais eficiente no uso de combustível do que o motor Newcomen.

Devido ao perigo de explosão de caldeiras, que estavam em um estágio de desenvolvimento muito primitivo, e os problemas contínuos com vazamentos, Watt restringiu seu uso de vapor de alta pressão – todos os seus motores usavam vapor próximo à pressão atmosférica.

Testes de patentes

Edward Bull começou a construir motores para Boulton e Watt na Cornualha em 1781. Em 1792, ele começou a fabricar motores com seu próprio projeto, mas que continham um condensador separado e, portanto, infringiu as patentes de Watt. Dois irmãos, Jabez Carter Hornblower e Jonathan Hornblower Jnr, também começaram a construir motores na mesma época. Outros começaram a modificar os motores Newcomen adicionando um condensador, e os proprietários da mina na Cornualha se convenceram de que a patente de Watt não poderia ser executada. Eles começaram a reter os pagamentos devidos a Boulton e Watt, que em 1795 haviam caído. Do total de £ 21.000 (equivalente a £ 2.190.000 em 2019) devidos, apenas £ 2.500 foram recebidos. Watt foi forçado a ir ao tribunal para fazer cumprir suas reivindicações.

Ele processou Bull pela primeira vez em 1793. O júri decidiu por Watt , mas a questão de saber se a especificação original da patente era válida ou não foi deixada para outro julgamento. Nesse ínterim, foram proferidas liminares contra os infratores, forçando o pagamento dos royalties a serem colocados em custódia. O julgamento sobre a determinação do A validade das especificações que foi realizada no ano seguinte foi inconclusiva, mas as liminares permaneceram em vigor e os infratores, com exceção de Jonathan Hornblower, todos começaram a resolver seus casos. Hornblower logo foi levado a julgamento e o veredicto dos quatro juízes (em 1799) foi decisivamente a favor de Watt. Seu amigo John Wilkinson, que havia resolvido o problema de perfuração de um cilindro preciso, era um caso particularmente grave. Ele havia erguido cerca de vinte motores sem o conhecimento de Boulton e Watts. Eles finalmente concordaram em resolver a infração em 1796. Boulton e Watt nunca cobraram tudo o que lhes era devido, mas as disputas foram todas resolvidas diretamente entre as partes ou por arbitragem. Esses testes foram extremamente caros, tanto em dinheiro quanto em tempo, mas acabaram sendo bem-sucedidos para a empresa.

Máquina copiadora

Antes de 1780 não havia nada de bom método para fazer cópias de cartas ou desenhos. O único método às vezes usado era o mecânico usando várias canetas vinculadas. Watt a princípio experimentou melhorar esse método, mas logo desistiu dessa abordagem porque era muito complicado. Em vez disso, ele decidiu tentar transferir fisicamente um pouco da tinta da frente do original para o verso de outra folha, umedecida com um solvente e pressionada contra o original. A segunda folha deveria ser fina, para que a tinta pudesse ser vista através dela quando a cópia fosse colocada contra a luz, reproduzindo assim o original com exatidão.

Watt começou a desenvolver o processo em 1779 e fez muitos experimentos para formular a tinta, selecionar o papel fino, planejar um método para umedecer o papel fino especial e fazer uma prensa adequada para a aplicação de pressão correta para efetuar a transferência. Tudo isso exigia muita experimentação, mas ele logo teve sucesso suficiente para patentear o processo um ano depois. Watt formou outra parceria com Boulton (que forneceu financiamento) e James Keir (para gerenciar o negócio) em uma empresa chamada James Watt and Co. A perfeição da invenção exigiu muito mais trabalho de desenvolvimento antes que pudesse ser usada rotineiramente por outros, mas isso foi realizado ao longo dos próximos anos. Boulton e Watt cederam suas ações aos filhos em 1794. Tornou-se um sucesso comercial e foi amplamente utilizado em escritórios até o século XX.

Experimentos químicos

Desde tenra idade Watt estava muito interessado em química. No final de 1786, enquanto estava em Paris, ele testemunhou um experimento de Berthollet no qual ele reagiu ácido clorídrico com dióxido de manganês para produzir cloro. Ele já havia descoberto que uma solução aquosa de cloro poderia branquear tecidos e publicou suas descobertas, que despertaram grande interesse entre muitos rivais em potencial. Quando Watt voltou para a Grã-Bretanha, ele começou a fazer experiências nesse sentido com a esperança de encontrar um processo comercialmente viável. Ele descobriu que uma mistura de sal, dióxido de manganês e ácido sulfúrico poderia produzir cloro, que Watt acreditava ser um método mais barato. Ele passou o cloro em uma solução fraca de álcali e obteve uma solução turva que parecia ter boas propriedades de branqueamento. Ele logo comunicou esses resultados a James McGrigor, seu sogro, que era arquibancada em Glasgow. Caso contrário, ele tentou manter seu método em segredo.

Com McGrigor e sua esposa Annie, ele começou a aumentar o processo e, em março de 1788, McGrigor conseguiu alvejar 1.500 metros de tecido para sua satisfação. Por volta dessa época, Berthollet descobriu o processo do sal e do ácido sulfúrico e o publicou de forma que se tornou de conhecimento público. Muitos outros começaram a experimentar a melhoria do processo, que ainda apresentava muitas deficiências, entre as quais o problema de transporte do produto líquido. Os rivais de Watt logo o ultrapassaram no desenvolvimento do processo e ele desistiu da corrida. Somente em 1799, quando Charles Tennant patenteou um processo para a produção de pó branqueador sólido (hipoclorito de cálcio), ele se tornou um sucesso comercial.

Em 1794 Watt foi escolhido por Thomas Beddoes para fabricar aparelhos para produzir, limpar e armazenar gases para uso na nova Instituição Pneumática em Hotwells em Bristol. Watt continuou a experimentar vários gases por vários anos, mas em 1797 os usos médicos para os “ares artificiais” chegaram a um beco sem saída.

Personalidade

Watt combinou conhecimento teórico da ciência com a capacidade de aplicá-la na prática. Humphry Davy disse dele “Aqueles que consideram James Watt apenas como um grande mecânico prático formam uma ideia muito errônea de seu caráter ; ele foi igualmente distinguido como um filósofo natural e um químico, e suas invenções demonstram seu profundo conhecimento dessas ciências, e aquela peculiar característica do gênio, a união delas para aplicação prática “.

Ele era muito respeitado por outros homens proeminentes da Revolução Industrial. Ele foi um membro importante da Sociedade Lunar e um conversador e companheiro muito procurado, sempre interessado em expandir seus horizontes. Suas relações pessoais com seus amigos e parceiros sempre foram agradáveis e duradouras -permanente.

Watt era um correspondente prolífico. Durante seus anos na Cornualha, ele escrevia longas cartas para Boulton várias vezes por semana. Ele era avesso a publicar seus resultados, por exemplo, em Philosophical Transactions of the No entanto, a Royal Society preferiu comunicar suas ideias por meio de patentes. Ele era um excelente redator.

Ele era um homem de negócios muito pobre e odiava especialmente barganhar e negociar termos com aqueles que procuraram usar a máquina a vapor. Em uma carta a William Small em 1772, Watt confessou que “ele prefere enfrentar um canhão carregado a acertar uma conta ou fazer uma barganha”. Até se aposentar, ele sempre se preocupou muito com seus assuntos financeiros, e estava cada vez mais preocupado. A sua saúde era frequentemente fraca e ele sofria de frequentes dores de cabeça nervosas e depressão.

Soho Foundry

Inicialmente a parceria fez o desenho e especificações dos motores, e supervisionou a obra de montagem na propriedade do cliente. Eles produziram quase nenhuma das peças sozinhos. Watt fazia a maior parte de seu trabalho em sua casa em Harper “s Hill em Birmingham, enquanto Boulton trabalhava na Soho Manufactory. Gradualmente, os sócios começaram a fabricar mais e mais peças e, em 1795, compraram uma propriedade a cerca de um quilômetro de distância da fábrica do Soho, nas margens do Canal de Birmingham, para estabelecer uma nova fundição para a fabricação dos motores. A Fundição do Soho foi inaugurada formalmente em 1796, numa época em que os filhos de Watt, Gregory e James Jr. estavam fortemente envolvidos na a gestão da empresa. Em 1800, ano da aposentadoria de Watt, a empresa produziu um total de 41 motores.

Anos posteriores

Watt se aposentou em 1800, no mesmo ano de sua patente fundamental e parceria com Boulton A famosa parceria foi transferida para os filhos dos homens, Matthew Robinson Boulton e James Watt Jr. O engenheiro de longa data William Murdoch logo se tornou sócio e a empresa prosperou.

Watt continuou a inventar outros coisas antes e durante sua semi-aposentadoria. Em sua casa em Handsworth, Staffordshire, Watt fez uso de um sótão como oficina e foi aqui que ele trabalhou em muitas de suas invenções. Entre outras coisas, inventou e construiu várias máquinas para copiar esculturas e medalhões que funcionaram muito bem, mas que nunca patenteou. Uma das primeiras esculturas que ele produziu com a máquina foi uma pequena cabeça de seu velho amigo professor Adam Smith. Ele manteve seu interesse pela engenharia civil e foi consultor em vários projetos importantes. Ele propôs, por exemplo, um método para construir um tubo flexível a ser usado para bombear água sob o Clyde em Glasgow.

Ele e sua segunda esposa viajaram para a França e Alemanha, e ele comprou uma propriedade em meados -Wales at Doldowlod House, uma milha ao sul de Llanwrthwl, que ele melhorou muito.

Em 1816 ele fez uma viagem no vaporizador Comet, um produto de suas invenções, para revisitar sua cidade natal, Greenock .

Ele morreu em 25 de agosto de 1819 em sua casa “Heathfield Hall” perto de Handsworth em Staffordshire (agora parte de Birmingham) com a idade de 83 anos. Ele foi enterrado em 2 de setembro no cemitério de St Mary ” s Igreja, Handsworth. A igreja foi ampliada e seu túmulo está agora dentro da igreja.