Il vapore.
Il motore è una macchina che trasforma energia in lavoro meccanico.
I primi motori sono stati gli uomini e gli animali da tiro che trasformavano energia muscolare in lavoro.
Poi si sfruttarono l’energia cinetica di fluidi come l’acqua e il vento e l’energia accumulata in particolari solidi, come i motori a molla degli orologi.
La storia della macchina a vapore è molto antica. Già in Grecia Erone l’aveva progettata ma ne il mondo greco, ne quello romano compresero e sfruttarono l’idea. Non era sentita l’esigenza del motore, forse perché i lavori pesanti erano svolti dagli schiavi.
In Inghilterra Thomas Savery brevetta nel 1698 una macchina a vapore “atmosferica” che presenta alla Royal Society. La macchina serve per evacuare l’acqua dalle miniere.
Perfezionamenti vengono introdotti nel 1705 da Thomas Newcomen.
Il famoso James Watt non ha studiato, ma ha grandi capacità manuali. Costruisce e ripara strumenti presso l’Università di Glasgow. Nel 1763 riceve l’incarico da un professore di Filosofia naturale (scienze) di riparare un modello didattico della macchina di Newcomen. Nel corso della riparazione Watt si rende conto di alcuni difetti. Inventa un condensatore separato che riduce alla metà il consumo di carbone a parità di potenza.
Nel 1775 Watt conosce l’industriale Matthew Boulton e in una sua officina inizia a costruire una macchina a vapore. Per far girare le ruote dispone di un sistema di va e vieni a stantuffo.
Nel frattempo James Pickard brevetaò il più efficace sistema a “biella e manovella”, che permette di convertire il movimento lineare dello stantuffo, in movimento rotatorio di un albero.
Watt deve aggirare l’ostacolo brevettuale e con William Murdock inventa il sistema a “ingranaggi planetari” con il quale diventa anche possibile moltiplicare la velocità. I motori a vapore sono molto lenti.
Nel 1782 brevetta il motore a doppio effetto e introduce il primo esemplare nella fabbrica di birra Whitbread di Londra nel 1784.
Si tratta di un complesso intreccio di innovazione tecnica, protezione delle idee, grazie ai brevetti, ma anche freno alla concorrenza che ritarda le applicazioni industriali.
La vera diffusione del motore di Watt avviene a seguito dello scadere dei brevetti nel 1800, comunque agli inizi del XIX secolo molti telai del Lancashire ne sono già dotati e operano a velocità fino allora sconosciute.
La siderurgia.
La storia dell’industria siderurgica è sempre stata caratterizzata dalla necessità di disporre delle materie prime e degli altri fattori della produzione :
-il minerale di ferro,
-il combustibile e le fonti energetiche,
-un sistema di trasporti economici ed efficiente.
Il minerale di ferro è sufficientemente diffuso in molte regioni d’Europa, in numerosi piccoli e medi giacimenti. La sua disponibilità è sufficiente per i fabbisogni delle piccole ferriere e forge medioevali.
Come combustibile viene usato il carbone di legna. La disponibilità di grandi foreste è ancora notevole nell’Europa del medioevo. Le necessità di carbone portano però ad un eccessivo disboscamento e al progressivo impoverimento del patrimonio forestale. Inoltre nei secoli XVI e XVII inizia la concorrenza sulla materia prima legno dovuta alle crescenti costruzioni navali. La legna rappresenta inoltre l’unica fonte di riscaldamento domestico.
Quindi la domanda diviene altissima e il prezzo cresce.
L’altra importante fonte energetica è quella idraulica. La forza dell’acqua dei torrenti di montagna è utilizzata per azionare i mantici e i magli.
Ne deriva una diffusa localizzazione delle ferriere e delle fucine nelle aree dove esiste la disponibilità dei fattori di produzione, in particolare nelle zone montane e pedemontane, ricche di boschi e miniere, lungo il corso dei torrenti.
La scarsità crescente di legname è particolarmente sentita in Inghilterra, che dispone però di un’altra potenziale fonte di combustibile: il carbone fossile. Numerosi sono i giacimenti, alcuni dei quali affioranti o comunque a piccole profondità.
L’ostacolo principale all’impego del carbon fossile è la presenza di zolfo il cui odore lo rende inadatto al riscaldamento domestico, ma ci sono controindicazioni anche nell’impiego nei forni siderurgici poiché lo zolfo rende fragile il ferro.
Nel XVII secolo nascono gli antenati degli altoforni: gli Stuckofen, o forni a tino, in pratica i primi altiforni, che permettono una riduzione del fabbisogno di combustibile ed un aumento della quantità di ferro prodotta.
Alcune cifre :
-con i forni etruschi erano necessari circa 900 kg di carbone per produrre 100 chili di ferro.
-con i forni catalani ne occorrevano circa 360 kg
-con gli Stuckhofen sono sufficienti circa 250 kg.
Gli Stuckofen erano alti 3-5 metri ed erano rivestiti all’interno di materiale refrattario. Il minerale era posto in basso, riscaldato fino alla fusione. Il metallo fuso usciva dal basso, attraverso un foro.
Nei secoli XVI e XVII si assiste in Inghilterra ad una certa concentrazione di attività siderurgica nei Sussex e nel Kent, ma ciò conduce ad un rapido esaurimento delle foreste, anche per la richiesta di legno per le costruzioni navali. Le due contee si affacciano sulla Manica e sono vicine a Londra.
Il minerale di ferro è fuso in forni ad aria soffiata e la ghisa ottenuta è colata in lingotti, in stampi e battuta sotto il maglio formando delle barre successivamente laminate a caldo in verghe. Da queste vengono ricavati i prodotti richiesti all’epoca: ferri di cavallo, chiodi, attrezzi agricoli, utensili.
Nel 1709 Abraham Darby, proprietario di una ferriera di Coalbrookdale, riesce a produrre ghisa fondendola con il coke. Il forno di Darby è alto ed ha un potente soffiaggio. Inoltre il carbone dello Shropshire, dove si trova Coalbrookdale è argilloso e molto idoneo allo scopo.
I trasporti.
Nel XVIII secolo le condizioni delle strade sono pessime ed i trasporti sono possibili con carri solo in alcune tratte. Per lo più il trasporto delle merci avviene con i quadrupedi, cavalli e muli.
Per la legna, il carbone e i prodotti agricoli, spesso si preferisce il trasporto marittimo lungo costa, sfruttando le foci dei fiumi navigabili. Per via marittima molte merci dal nord e dal centro dell’Inghilterra arrivano al porto di Londra. Il trasporto sull’acqua è più economico e più rapido del trasporto via terra.
I fiumi inglesi sono caratterizzati da ampie foci, ma sono navigabili per tratti brevi e la portata d’acqua é ovviamente incostante, dipendendo dalle condizioni atmosferiche.
Il primo ad investire in un canale è il duca di Bridgewater, Francis Egerton, per il trasporto dalle sue miniere di carbone di Worsley a Manchester, città in forte espansione. Vengono superate alcune difficoltà tecniche e nel 1761 è possibile la prima consegna di carbone con un costo di trasporto pari alla metà, rispetto al trasporto su strada.
Dimostrata la possibilità di trasportare carichi pesanti in modo relativamente veloce ed economico, il canale viene estenso fino alla foce del Mersey nel 1767. Viene denominato Bridgewater Canal. Quindi si stabilisce il collegamento tra Manchester, centro dell’industria tessile e il mare, in prossimità del porto di Liverpool.
Ha così inizio lo sviluppo della rete di canali nelle Midlands e nel North-England, spinto dalla crescente industrializzazione, che contribuì a rafforzare.
Il miglioramento dei trasporti ottenuto con i canali, favorisce la concentrazione delle attività in grandi complessi con molti lavoratori. È la transizione dalla cottage industry alla fabbrica.
Si è così arrivati a disporre del motore a vapore, a migliorare la siderurgia, grazie al carbon fossile e a realizzare un economico sistema di trasporti con i canali.
Tutto questo accade in Inghilterra in meno di un secolo sulla spinta di necessità economiche, grazie all’impegno e allo spirito innovativo di imprenditori privati e tecnici.
Ora ci sono le condizioni per la nascita della locomotiva e dei trasporti su rotaia, innovazioni determinanti per la grande crescita economica e sociale del XIX secolo.
Nello schizzo in testa all’articolo è riprodotta la locomotiva Coalbrookdale di Richard Trevithick del 1804, che utilizza un meccanismo con ruote dentate, ma che non viene giudicata economicamente di interesse, ma che comunque trasporta nel viaggio inaugurale circa 10 tonnellate di minerale di ferro per i 16 chilometri che separano la miniera dalla ferriera, in quattro ore alla velocità di 4 km/h.
Occorre attendere Stephenson e la sua Rocket.
Enrico Di Gianfrancesco
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