La invención de la máquina de vapor

En 1764, la escuela le pidió a Watt que reparara una máquina de vapor Newgate. Durante el proceso de reparación, Watt se familiarizó con la estructura y los principios de la máquina de vapor y descubrió dos deficiencias importantes de esta máquina de vapor: el movimiento del pistón era discontinuo y lento, la tasa de utilización del vapor era baja y se desperdiciaban materias primas. Más tarde, Watt empezó a pensar en formas de mejorar. Hasta la primavera de 1765, durante una caminata, Watt pensó que, dado que la baja eficiencia térmica de la máquina de vapor de Newcomen era causada por la condensación de vapor dentro del cilindro, ¿por qué no dejar que el vapor se condensara fuera del cilindro? A Watt se le ocurrió la idea original de utilizar un condensador independiente.

Después de tener esta idea, Watt diseñó una máquina de vapor con un condensador separado ese mismo año. Según el diseño, existe una válvula reguladora entre el condensador y el cilindro para que puedan conectarse y separarse. De esta forma, el vapor después del trabajo se puede introducir en el condensador fuera del cilindro para generar el mismo vacío en el cilindro, evitando así el consumo de calor del cilindro durante el proceso de enfriamiento y calentamiento. Según la teoría de Watt, la eficiencia térmica de esta nueva máquina de vapor sería tres veces mayor que la de la máquina de vapor de Newcomen. En teoría, la máquina de vapor de Watt con condensador separador era significativamente mejor que la máquina de vapor de Newcomen. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer antes de convertir las cosas teóricas en prácticas y convertir las máquinas de vapor de los dibujos en máquinas de vapor reales. Watt trabajó duro para construir varias máquinas de vapor, pero no eran tan efectivas como la máquina de vapor de Newcomen. Incluso perdían aire por todas partes y no podían arrancar. Aunque los costosos experimentos lo dejaron muy endeudado, no retrocedió ante las dificultades y continuó con los experimentos. Cuando Blake conoció los objetivos y la difícil situación de Watt, le presentó a Watt a un amigo muy rico, el técnico químico Roebuck. En aquel momento, Roebuck era un empresario muy rico. Abrió la primera gran ferrería en Caron, Escocia. Aunque Roebuck tenía casi 50 años en ese momento, todavía le apasionaban los nuevos inventos tecnológicos. Admiraba el nuevo dispositivo de Watt, que en ese momento sólo tenía treinta y tantos años, e inmediatamente firmó un contrato con Watt para patrocinar la producción de prueba de Watt de una nueva máquina de vapor.

En más de tres años a partir de 1766, Watt superó las dificultades en materiales y procesos, y finalmente realizó el primer prototipo en 1769. Ese mismo año, Watt recibió su primera patente en el proceso de revolucionar la máquina de vapor Newcomen por su invención del condensador. Aunque la primera máquina de vapor con condensador se produjo con éxito en una prueba, en comparación con la máquina de vapor de Newcomen, excepto por la mejora significativa en la eficiencia térmica, no hubo una mejora sustancial en su rendimiento como máquina de energía para impulsar otras máquinas en funcionamiento. En otras palabras, la máquina de vapor de Watt todavía no se puede utilizar como una máquina de energía real.