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10 · Rivoluzioni scienza e tecnica

Macchina a vapore di Newcomen

1712 Dudley, Inghilterra

In breve

Nelle miniere di carbone inglesi l'acqua allagava continuamente le gallerie. Thomas Newcomen, un artigiano che vendeva attrezzi di ferro, costruì una macchina che usava il vapore per muovere una grande trave a bilanciere, collegata a una pompa. La prima funzionò nel 1712 vicino a Dudley, in Inghilterra, e sollevava l'acqua da decine di metri di profondità. Consumava moltissimo carbone, ma nelle miniere il carbone non mancava.

Perché è importante Fu la prima macchina a vapore davvero utile, il primo passo verso la rivoluzione industriale.

Fonte: Encyclopaedia Britannica, «Thomas Newcomen»

Illustrazione: Macchina a vapore di Newcomen (Dudley, Inghilterra)
Illustrazione creata con l'IA per Storiascopio
Macchina a vapore di Newcomen: Dudley, Inghilterra
Dove: Dudley, Inghilterra

Scheda per studiare circa 5 minuti di lettura

Il racconto

Miniere piene d'acqua

All'inizio del Settecento, in Inghilterra, si scavava sempre più carbone. Il legno, che per secoli era servito a scaldare le case e a far funzionare fucine e fornaci, cominciava a scarseggiare, perché i boschi venivano tagliati in fretta; il carbone, abbondante nel sottosuolo del paese, lo sostituiva. Ma c'era un grande problema. Quando i minatori scendevano in profondità, le gallerie si riempivano d'acqua, che filtrava dalle rocce. Per continuare a scavare, bisognava continuamente pompare via l'acqua.

Per farlo si usavano le braccia degli uomini o la forza dei cavalli, che giravano in tondo per azionare le pompe: un lavoro lento e costosissimo. In molte miniere, a un certo punto, era impossibile scavare più a fondo, e i giacimenti restavano inutilizzati. Servivano macchine più potenti.

Il fabbro di Dartmouth

Thomas Newcomen era un fabbro e commerciante di ferramenta di Dartmouth, un porto del Devon, nel sud dell'Inghilterra. Vendeva attrezzi ai minatori della Cornovaglia, la regione vicina, e conosceva da vicino i loro problemi. Non era uno scienziato, e non aveva fatto studi, ma era bravo con le mani e con le idee. Insieme a un amico idraulico, John Calley, per più di dieci anni fece prove su una macchina che sfruttasse il vapore.

Qualcosa si sapeva già: nel 1698 un ingegnere militare, Thomas Savery, aveva brevettato una pompa a vapore chiamata «l'amico del minatore», ma funzionava male e rischiava di esplodere. Il fisico francese Denis Papin, qualche anno prima, aveva pensato a un cilindro con un pistone mosso dal vapore. Newcomen riunì queste idee in una macchina molto più sicura e pratica.

Come funzionava

La macchina di Newcomen aveva una grande caldaia, in cui l'acqua bolliva, e un cilindro verticale con un pistone che poteva scorrere su e giù. Il vapore, a bassissima pressione, entrava nel cilindro e spingeva il pistone verso l'alto. Poi, un getto d'acqua fredda faceva condensare il vapore, cioè lo trasformava di nuovo in goccioline d'acqua: dentro il cilindro si formava un vuoto parziale, e la pressione dell'aria esterna, come una mano invisibile, spingeva il pistone verso il basso con grande forza. Per questo la macchina era chiamata «atmosferica». Il pistone era collegato, con una catena, a un'enorme trave di legno, il bilanciere, che oscillava come un'altalena e azionava la pompa che pescava l'acqua nella miniera.

1712: la prima macchina al lavoro

La prima macchina di Newcomen di cui abbiamo notizia sicura funzionò nel 1712 in una miniera di carbone vicino al castello di Dudley, nelle Midlands. Faceva circa dodici colpi al minuto, e a ogni colpo sollevava una grande quantità d'acqua da una profondità di una cinquantina di metri: più lavoro di dozzine di cavalli, giorno e notte, senza stancarsi. Era enorme, rumorosa, una grande costruzione di mattoni con la trave di legno che oscillava sopra l'edificio, e consumava moltissimo carbone, ma nelle miniere di carbone, dove il combustibile non mancava, non importava.

Poiché il brevetto di Savery, che copriva ogni macchina per sollevare l'acqua con il fuoco, era ancora valido, Newcomen dovette associarsi a lui e dividere i guadagni, e perciò non diventò ricco. Era un uomo molto religioso, predicatore laico nella chiesa battista, e non seppe mai quanto la sua invenzione avrebbe cambiato il mondo.

Il successo fu rapido. Quando Newcomen morì, nel 1729, c'erano già più di cento macchine funzionanti, in Gran Bretagna e sul continente: in Francia, in Germania, in Ungheria, in Svezia. Nella seconda metà del Settecento ne erano state costruite centinaia: pompavano l'acqua dalle miniere di carbone e di stagno e dalle città, e sollevavano acqua per far girare le ruote idrauliche delle fabbriche.

Perché successe

La macchina di Newcomen nacque da un bisogno concreto, quello di pompare acqua dalle miniere, e dalla disponibilità di carbone, di ferro e di abili artigiani in Inghilterra. Il paese, in quel periodo, era ricco di capitali, di commerci e di curiosità per le novità tecniche.

Dietro c'erano anche le scoperte scientifiche del Seicento: gli esperimenti di Torricelli, Pascal e Boyle, che avevano mostrato l'esistenza del vuoto e della pressione dell'aria, e i primi studi sul vapore. Newcomen ne fece un'applicazione pratica.

Cosa cambiò

La macchina di Newcomen fu la prima macchina a vapore davvero utile, e aprì la strada alla Rivoluzione industriale. Rendendo possibile scavare più a fondo, fece aumentare la produzione di carbone, il combustibile che avrebbe alimentato le fabbriche, le ferrovie e le navi dell'Ottocento.

Aveva però un grande difetto: usava troppo combustibile, perché il cilindro doveva essere riscaldato e raffreddato a ogni colpo. Intorno al 1765 James Watt, che stava riparando un modello, ebbe un'idea per migliorarla, e nel 1769 brevettò una macchina con un condensatore separato che consumava molto meno carbone: un passo decisivo.

Le macchine di Newcomen restarono in uso per più di due secoli: l'ultima smise di lavorare nel Novecento. Una si può vedere ancora oggi nel centro storico di Elsecar, nello Yorkshire, dove ha funzionato fino al 1923.

Persone e luoghi chiave

Persone

Thomas Newcomen
Fabbro e inventore inglese (1664-1729): costruì la prima macchina a vapore pratica.
John Calley
Idraulico inglese (?-1717): collaborò con Newcomen e lo aiutò a costruire le prime macchine.
Thomas Savery
Ingegnere inglese (1650 circa-1715): brevettò nel 1698 una pompa a vapore, «l'amico del minatore».
Denis Papin
Fisico francese (1647-1713): ideò il pistone mosso dal vapore e la pentola a pressione.
James Watt
Ingegnere scozzese (1736-1819): migliorò la macchina di Newcomen con il condensatore separato.

Luoghi

Dudley, Staffordshire (Inghilterra)
La città vicino alla quale, nel 1712, lavorò la prima macchina di Newcomen.
Dartmouth, Devon (Inghilterra)
La città natale di Newcomen, dove una macchina commemorativa ricorda il suo nome.

Da sapere

  • La macchina di Newcomen si chiamava «atmosferica» perché a spingere il pistone verso il basso era la pressione dell'aria.
  • Faceva circa dodici colpi al minuto e sollevava l'acqua dai pozzi delle miniere.
  • Newcomen era un fabbro e commerciante di ferramenta, non uno scienziato.
  • Una macchina di Newcomen del 1795 ha lavorato fino al 1923 a Elsecar, in Inghilterra.
  • Consumava tanto carbone che era conveniente solo dove il carbone era abbondante, cioè nelle miniere.

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