O istorie a evoluţiei maşinii cu aburi [II]

de Robert Henry Thurston
traducere de Alina-Olimpia Miron
[citiţi şi partea I ]
[the original English version, published by D. Appletone and Company, New York, 1897, is available on google books]

Francezii deveneau din ce în ce mai interesaţi de domeniul mecanicii şi al ştiinţelor înrudite; astfel, filozofii şi literaţii nativi, pe lângă străinii aduşi de curtea franceză, cercetau asiduu natura şi importanţa acestor studii ce aveau legatură cu munca unui inginer sau mecanic.

Agostino Ramelli, un italian de familie bună, student şi artist în timpul liber, soldat şi inginer în vremuri mai grele, s-a născut şi a fost educat la Roma, dar, în cele din urmă, s-a lăsat convins să-şi mute reşedinţa la Paris. A publicat o carte în 1588, în care descria multe maşinării, adaptate diferitelor scopuri, cu o pricepere egalată doar de acurateţea şi desăvârşirea descrierilor sale a fost scrisă în vremea când autorul locuia în capitala franceză, întreţinându-se dintr-o pensie acordată de către Henric al III-lea drept recompensă pentru serviciile sale. Cărţile lui Besson şi Ramelli sunt primele tratate de importanţă în domeniul maşinăriilor în general; timp de mai mulţi ani, au fost, pentru autorii de mai târziu, izvorul dătător de cunoştinţe legate de maşinării, şi un stimulent în studiul mecanismelor. Aceste lucrări conţin descrierile multor maşinării revendicate drept noi şi reinventate ulterior de alţi mecanici.

Leonardo do Vinci, faimos ca matematician, inginer, poet şi pictor al secolului al XVI-lea, descrie, dupa cum se spune, o armă cu acţionare cu aburi, pe care o numeşte “Architonnerre”, şi i-o atribuie lui Arhimede. Era o maşină făcută din cupru, şi se pare că era destul de puternică. Era capabila sa arunce o ghiulea in greutate de un talent. Aburul era generat prin conducerea apei intr-un recipient închis a carui suprafeţe încinse de un foc de mangal, şi care prin subita sa dilatare producea ejectia proiectilului.

În 1825, administratorul arhivelor regale spaniole de la Simancas a furnizat un document in care se spune că în 1543 fusese descoperită o incercare, de către un ofiţer naval spaniol , Blasco de Garay, care era sub comanda lui Carol al V-lea, de a muta o navă prin roţi cu zbaturi, acţionată – dupa cum se deduce din relatare- de o maşină cu aburi. Din datele deţinute nu putem preciza cât de adevărată este această relatare, dar, daca este, a fost prima încercare de până atunci de a folosi puterea aburului în scopuri practice. In afară de faptul că “un recipient de apă fiartă” făcea parte din structura aparatului, nu se ştie nimic despre forma motorului folosit.

Oricum, date fiind circumstantzele prin care fost creditata, majoritatea scriitorilor din domeniu nu cred ar fi autentică. A fost publicată în 1695 in Astronomical Correspondence,” a lui Zach sub forma unei scrisori scrise de Thomas Gonzales, director al Arhivelor Regale de la Simancas din Spania.În 1701, Giovanni Battista della Porta, într-o lucrare numită “Spiritali”, a descris un aparat prin care presiunea aburului poate ridica o coloana de apă. Includea aplicarea condensarii aburului în producerea unui vid în care apa urma să fie ridicată în sus.

Porta este descris ca fiind un matematician, chimist, şi fizician, un gentleman foarte bogat, şi un student plin de elan în ale ştiinţei. Casa lui din Neapole era un loc de întâlnire pentru studenţi, artişti, şi distinşi oameni de ştiinţă din toate domeniile. El a inventat lanterna magică şi camera obscură, descriind-o în comentariul său, “Pneumatica”. În cartea sa, el prezintă această maşinărie pentru ridicat apa, dupa cum se vede în figura 4, care diferă de cea aratată de Hero în folosirea presiunii aburului, prin faptul că folosea presiunea aerului încălzit, pentru propulsarea lichidului.

Retorta, sau boilerul, este conectatat la un recipient, din care o ţeavă îndoită iese în afară in contact cu aerul extern. Se aprinde un foc sub retortă si aburul generat, urcă spre partea superioară a recipientului , iar presiunea sa asupra suprafaţei apei, îl scoate afară pe ţeavă, după care este ridicat la înălţimea dorită. Porta a numit acest mechanism o versiune îmbunătăţită a “Fântânii lui Hero”, si a denumit-o “Fântâna mea cu aburi”. A descris cu o acurateţe desăvârşită acţiunea de condensare in generarea vidului, şi a schiţat un aparat în care vidul astfel produs era umplut cu apa împinsă înăuntru de către presiunea atmosferei externe. Se pare că maşinăriile sale n-au fost folosite în vreun scop practic. Încă ne aflăm în perioada speculativa, şi de abia acum ne apropiem de perioadele aplicaţiei. Totuşi, lui Porta îi revine meritul de a fi propus o schimbare esenţială în această succesiune de descoperiri, care începe cu Hero, şi care nu s-a terminat cu Watt. Folosirea aburului în fântâna lui Hero a fost un pas necesar, desi mai putin spectacular ca modificările ulterioare ale masinii. De asemenea, la aparatul lui Porta, ar trebui notatat in particula, separarea boilerului de “vasul de fortza”-un plan adesea revendicat ca original de către inventatori ulteriori, constituind un argument plauzibil pentru distincţii speciale.

[Fig. 4 Maşinăria lui Porta , 1601]

Gravura brută de mai sus este copiată din cartea lui Porta, şi arată în mod clar boilerul montat deasupra furnalului, prin usa căruia se poate vedea flacăra, iar deasupra bazinul care contine apă. Dupa cum este aratat, deschiderea de sus este închisă cu un cep, iar aburul trece din boiler în bazin aproape de vârf, in timp ce apa este expulzata prin ţeava din stânga, dinspre fundul bazinului in sus. Filozoful francez, M.Arago spune că, prin 1606, Florence Rivault, un Gentleman of the Bedchamber la curtea lui Henric al IV-lea, şi profesorul lui Ludovic al XIII-lea, a descoperit că apa dintr-un proiectil încălzit, ar face ca proiectilul să explodeze, indiferent de grosimea peretilor sai. Acesta fapt este publicat în tratatul despre artilerie a lui Rivault din 1608. El scrie: “apa se convertita în aer, iar evaporarea sa este urmată de o explozie violentă”.

[Fig. 5 Maşinăria lui De Caus, 1605]

În 1615, Salomon de Caus, care fusese inginer şi arhitect pe vremea lui Ludovic al XIII-lea al Franţei, şi mai târziu în slujba Prinţului englez de Wales, a publicat o lucrare la Frankfurt, intitulată “Les Raisons des Forces Mouvantes, avec diverses machines tant utile que plaisante”(Cauzele forţelor mişcătoare, cu diverse maşini pe cât de utile pe atât de plăcute“), în care şi-a ilustrat propunerea, “cu ajutorul focului, apa se va ridica mai sus decât sursa sa”, descriind o maşinărie proiectată pentru a ridica apa prin puterea de expansiune a aburului.

În schiţa alaturata din figura 6, copiată dupa originalul din “Les Raisons des Forces Mouvantes” etc., A este recipientul sferic de cupru ce contine apă; J5 este robinetul de la capătul ţevii, care preia apa de la fundul C al recipientului; 1) este robinetul prin care recipientul este umplut. Schiţa probabil ca a fost făcută de De Caus cu propria sa mana.

Maşinăria lui De Caus, precum cea a lui Porta, consta dintr-un recipient de metal umplut parţial cu apă, în care era introdusă o ţeavă, ajungând aproape de fundul vasului , dar deschisă în partea de sus. Aprinzându-se focul, aburul format prin forţa sa elastică, făcea ca apa să iasă prin ţeava verticală, ridicând-o la o o anumită înălţime, în funcţie de dorinţa constructorului sau puterea recipientului.

În 1629 Giovanni Branca, din oraşul italienesc Loretto, descria, într-o lucrare publicată la Roma, un numar de invenţii mecanice ingenioase, printre care era şi o masina cu aburi (fig.6), in care aburul, provenit de la un boiler, traversa la baza unei fantani orizontale . Această inventie urma a fi utilizată în diverse scopuri utile.

La vremea aceasta se desfăşurau multe experimente în Anglia, care au rezultat în folosioarea aplicatie a puterii aburului de a ridica apa. Un patent, datând din 21 ianuarie 1630, care se referea la mai multe invenţii distincte, i-a fost acordat lui David Ramseye de către Carol I. Acestea erau:” 1.Pentru a multiplica şi face salpetru (nitrat de potasiu) în orice câmp deschis, pe patru acri de pământ, suficient pentru a servi pe toate domeniile noastre. 2.Pentru a ridica apa din adancime cu ajutorul focului. 3. Pentru a face sa functioneze orce masini de procesare pe apă stătătoare, prin mişcare continuă, fără ajutorul vântului, apei sau calului. 4. Pentru a face tot felul de tapiţerii fără război de ţesut, sau oricare alt mecanism folosit în acest regat. 5. Pentru a construi bărci, nave şi şlepuri rezistente la vânturi puternice şi valuri. 6. Pentru a face pământul mai roditor. 7. Pentru a ridica apa din locuri joase şi din mine, şi galerii de cărbuni, printr-o altă apă ce încă nu e înăuntru. 8. Pentru a reduce tăria fierului, precum si a cuprului procedeu ce nu e folosit în acest regat. 9 Pentru a produce variatii fine de viteza.

[Fig. 6 Maşina cu aburi a lui Branca, 1629]

Se pare că aceasta a fost prima referire autentică documentata, din literatura engleză, legata de folosirea aburului. Posesorului patentului i-au fost menţinute drepturile timp de 14 ani, cu condiţia ca el să plătească Coroanei regale o taxă anuală de 3628£.

A doua revendicare se referă la aplicarea aburului, limbajul fiind din epoca respectivă, şi timp de un secol şi jumătate după aceea, a fost mereu utilizat cu referire la folosirea aburului. Maşina cu aburi, sub toate formele sale, era, la vremea aceea, cunoscută drept “maşina de foc”. Este foarte posibil ca revendicările a treia, a cincea şi a şaptea să fie de asemenea aplicări ale energiei de abur.

În 1632, Thomas Grant şi Edward Ford, în 1640, au patentat schiţe, pentru a conduce nave împotriva vântului şi mareei utilizând o mare şi nouă forţă.

[continuare în numărul viitor]