Kinderspeelgoed voor grote mensen

De naam van Watt is onafscheidelijk verbonden aan de ontwikkeling van de stoommachine. Bij het denken over zijn machine, helpt het misschien dat zijn vader hem al op jonge leeftijd een eigen werkkamer geeft. De jonge James heeft hierin alle ruimte om zijn werktuigbouwkundige lusten uit te leven. Zijn moeder geeft hem tussendoor thuis les, want James' gezondheid laat schoolgaan niet toe.

Van 1755 tot 1757 verblijft Watt in London als instrumentmakersleerling. In 1759 vestigt hij zich –met een compagnon– als handelaar in Glasgow. In zijn vrije tijd studeert de ondernemer op de werking van de stoommachine. Anderen gaan hem namelijk voor met de eerste, eenvoudige machines. Thomas Newcomen en John Calley bouwen al in 1705 een stoommachine. De bouwers gebruiken voor dit apparaat echter geen stoom onder druk, maar stoom van water dat tot 100 graden Celsius is opgewarmd.

Een balans maakt wezenlijk onderdeel uit van hun machine. De zuiger van de stoomcilinder beweegt een uiteinde van het balansjuk op en neer. Het andere uiteinde is verbonden met een zuiger die daardoor als pomp werkt. Later maken de twee uitvinders een machine volgens het condensprincipe: de stoom wordt in de cilinder afgekoeld (neergeslagen) en de onderdruk die ontstaat, trekt de zuiger naar beneden.

Het is met name deze machine waarnaar Watts aandacht uitgaat. In 1765 bouwt hij een stoommachine naar eigen inzichten. Het apparaat gebruikt slechts eenderde van de hoeveelheid kolen (voor het vuur dat het water moet verhitten) die Newcomen nodig heeft in een vergelijkbare situatie. Watt bereikt dit resultaat door natuurkundige wetten van stoomproductie en -consumptie toe te passen.

Hij merkt dat stoom meer arbeid verricht als de temperatuur van de cilinder gelijk is aan die van het warme medium. De machine van Newcomen verbruikt veel stoom omdat bij elke condensering koud water wordt ingebracht die de cilinder afkoelt tot zo'n 20 graden. De volgende stoomtoevoer moet het materiaal eerst weer opwarmen. Veel stoom doet dus geen nuttige arbeid.

Watt onderkent het probleem en monteert een condenspot, los van de cilinder. Hij laat de stoom in de pot condenseren. De ruimte van de condenspot is wel verbonden met de cilinderruimte. Daardoor ontstaat tijdens het neerslaan onderdruk in de cilinder: de zuiger gaat omlaag. Omdat het cilindermateriaal niet afkoelt, wordt de volgende stoomtoevoer volledig gebruikt om de zuiger weer 'weg te duwen'.

De rendementen van Watts machine vallen op. Al snel gebruiken zoutziederijen, brouwerijen en andere industrieën zijn apparaat; vanwege de balansconstructie alleen als pomp. De doorbraak gaat verder als James de op- en neergaande beweging omzet in een rondgaande. Hij laat daartoe een tandwiel aan de arm van het balansjuk ronddraaien om een tandwiel aan een as. De machine wordt verfijnd als de uitvinder nog een regulateur toepast die het toerental constant houdt en de stoomtoevoer regelt al naar gelang de arbeid die gevraagd wordt. Door ook stoom aan de andere kant van de zuiger toe te voeren, verdubbelt Watt de capaciteit van zijn machine. Scheepsbouw en industrie vragen daarom. De eerste stoomlocomotief (Stephenson, 1825) en de toepassing in schepen (Fulton, 1807) laten niet lang meer op zich wachten.