In het begin van de 19e eeuw begon in de Westerse wereld een ontwikkeling die de hele maatschappij tot op de dag van vandaag drastisch veranderd heeft: de Industriële Revolutie. Die revolutie werd ingeluid door de uitvinding van de stoommachine, en daarom is de stoommachine een interessant onderwerp om eens wat beter naar te kijken. Ik dit artikel kun je lezen hoe de stoommachine tot ontwikkeling gekomen is, en in dit artikel kun je lezen hoe zo’n machine eigenlijk werkt.
Eigenlijk was de stoommachine zoals we die nu kennen een beetje een heruitvinding, want zo’n 2000 jaar eerder had de pientere Griek Heron van Alexandrië al een apparaat bedacht dat kon draaien met de kracht van stoom. Zijn Aeolipile (figuur 1) bestond uit een ketel gevuld met water, waar een vuur onder gestookt kon worden. Boven die bak was een holle metalen bol gemonteerd , waar de stoom van het water via twee buizen in kon stromen. De bol had verder twee gebogen uitlaatpijpen waardoor de stoom met grote snelheid naar buiten kon. Daardoor draaide de metalen bol.Dit ding was grappig om te zien, maar voor de rest nergens goed voor. Toch werkte het op hetzelfde principe waar later fabrieken, treinen en schepen op zouden werken, namelijk het feit dat stoom veel meer ruimte inneemt dan water en dus een grote druk kan creëeren.
Figuur 1: Het eerste bekende ontwerp van een stoommachine, de Aeolipile van Heron van Alexandrië.
Vroege ontwerpen
Er waren al pogingen tot het bouwen van stoommachines voor de 19e eeuw, maar zonder al te groot succes. Een redelijk belangrijke van deze pogingen was de ‘stoompomp’ die de Engelsman Thomas Savery in 1698 uitvond om ervoor te zorgen dat mensen die in kolenmijnen werkten geen natte voeten kregen. Zijn uitvinding maakte gebruik van het door condenserende stoom gecreëerde drukverschil om water omhoog te pompen. Hij kon er water 15 meter mee omhoogpompen, maar erg handig was het ding niet.Savery kwam in contact met Thomas Newcomen, die het voor elkaar kreeg om een betere stoommachine te bouwen. Hij paste daarbij al het zuigerprincipe toe (zie dit artikel). Deze beide machines maakte nog niet direct gebruik van de hoge druk die stoom kan opleveren, maar juist van de lage druk die ontstaat als stoom weer verandert in water.
James Watt
Maar er kwam pas echt schot in de zaak toen de uitvinder James Watt de opdracht kreeg om een Newcomen-stoommachine van de universiteit van Glasgow te repareren. Toen hij eens goed naar het ding keek kwam hij tot de conclusie dat er een heleboel dingen aan verbeterd zouden kunnen worden. Hij bouwde dan ook een sterk verbeterde versie van deze machine. Hij ging bijvoorbeeld gebruik maken van het uitzetten van stoom, en bouwde zo een machine die een heel stuk efficiënter was dan die van zijn voorgangers. Vanaf de tweede helft van de 18e eeuw werden stoommachines zelfs rendabel om te gebruiken.
Toepassingen van stoommachines
In het begin werden stoommachines vooral gebruikt in steenkool- of ertsmijnen, en wel als pomp, om te voorkomen dat mijnen onder water liepen (dat wilde namelijk nog wel eens gebeuren). Later volgden er echter tal van andere toepassingen: zo ongeveer alles wat maar moest bewegen kon wel met behulp van stoom worden aangedreven. Er konden grote fabrieken worden gebouwd. De stoomhamer (zie fig. 2), die het mogelijk maakte om grote metalen onderdelen te smeden, is een bekend voorbeeld van een toepassing in zo’n fabriek.
Figuur 2: Een schilderij van een stoomhamer. Zoals je op deze afbeelding goed kunt ziet maakte zo’n machine het mogelijk om grote onderdelen te smeden, wat met mankracht alleen nooit zou lukken.
Lees meer over de toepassingen van de stoommachine in transport
Een andere belangrijke toepassing was transport. Begin 19e eeuw werd voor het eerst een stoommachine gebruikt om een voertuig voort te bewegen (zie figuur 3), en wel door een zekere Richard Trevethick. Op deze uitvinding volgden nog tal van andere en zo is de alom bekende stoomtrein ontstaan (zie fig. 4). En daarnaast zou Sinterklaas bij ons niet op de stoomboot aankomen als de stoomschepen niet voor een grote revolutie in de scheepvaart hadden gezorgd.
Figuur 3: Replica van de stoomlocomotief die Richard Trevethick in het jaar 1804 bouwde. Het ding kreeg het voor elkaar om een paar wagons met tien ton ijzererts en zo’n 70 mensen die er in hun enthousiasme op gingen zitten van Penydarren naar Abercynon te trekken, dat is zo’n 16 kilometer. Daar deed de machine wel meer dan 4 uur over, maar de mensen waren er toen diep van onder de indruk. Het geval was trouwens oorspronkelijk bedoeld om een stoomhamer, zoals in figuur 2, aan te drijven. (Bron: wikipedia)
Figuur 4: Stoomtreinen worden bijna nergens meer gebruikt, maar op sommige spoorlijnen rijden ze nog als toeristische attractie, zoals in Zuid-Limburg (boven) en in Zeeland (onder).