Buharlı Makinelerin Gelişimi

18. yüzyıla kadar tarihte pek çok enerji kaynağı keşfedilmiştir. Demiri eritmek, evleri ısıtmak ve yemek pişirmek için odun yakılır; değirmenlerinde buğday öğütmek için su gücünden, denizlerde yol almak için ise rüzgâr gücünden faydalanılırdı. Ancak bu kaynakların temel sıkıntısı her yerde ağaç bulunmuyor, her zaman rüzgâr esmiyor veya nehirler sürekli aynı debiyle akmıyordu. Hepsinden önemlisi bir enerji türünün bir diğerine nasıl dönüştürüleceği bilinmiyordu. Rüzgârın gücüyle gemiler, su gücüyle değirmen taşları hareket ediyor; fakat bu kaynaklar suyu ısıtamıyor veya demiri eritemiyorlardı. Benzer şekilde odun yakarak elde edilen ısı enerjisi değirmen taşlarını hareket ettiremiyordu. Birinci sanayi devriminin gerçekleşmesini sağlayan temel teknolojik değişim, enerji dönüşümünü mümkün kılan buharlı makinelerin gelişimidir (Harari, 2015).

İngiltere’de 16. ve 17. yüzyıllarda odun sıkıntısı neticesinde kömür talebinde meydana gelen artış, kömür üretiminde daha derinlere inmeyi gerektirmişti. Kömür madenlerinin genellikle sulak arazilerde olması sık sık madenlerde su baskınlarına neden olmaktaydı.

Bu soruna çözüm Thomas Savery tarafından 'Madencinin Dostu’ ismini verdiği buhar makinesi/su pompası ile getirilmiştir. Savery’nin geliştirdiği bu makine madenlerde biriken suyu dışarı çıkarmada kullanılmıştır. Ancak Madencinin Dostu oldukça yavaş çalışmakta ve suyu yalnızca 12 metre yukarı çıkarabilmekteydi. Madencileri en çok rahatsız eden yanı ise ‘patlamak’ gibi bir özelliği olmasıydı (Morris, 2012; Harari, 2014;

Türkcan, 2009:123)

İlkelliğine ve eksikliğine rağmen, Savery’nin makinesi uzun yıllar madenlerin yanı sıra şehir suyu temin etmek, büyük fıskiye sistemleri çalıştırmak gibi amaçlarla da kullanılmıştır. Ancak bu icat bir buhar makinesinden ziyade, bir buhar pompası sayılabilirdi. Çünkü hiçbir hareketli parçası bulunmamaktaydı (Türkcan, 2009:124).

Gerçek anlamda ilk buhar makinesini¹⁹ Thomas Newcomen (1663-1729), 1712’de geliştirmiş ve kömür madenlerinde kullanıma sunmuştur. Bu makinenin de Savery’nin makinesi gibi en önemli eksikliği yaptığı işe göre yakıt tüketiminin çok fazla olmasıydı.

En iyi makineler bile kömürden sağlanan enerjinin ancak %1’ini suyu pompalayacak kuvvete çevirebiliyordu. Verimin düşük olması bu makinelerin yıllarca sadece su pompalamak gibi kısıtlı bir alanda çalıştırılmasına neden olmuştur. İlerleyen yıllarda James Watt (1736-1819) kendinden önce geliştirilen buharlı makineleri önemli ölçüde geliştirmiştir. Watt’ın 1765-1776 yılları arasında yürüttüğü çalışmalar neticesinde yeni makineler ilk makinelerin dörtte biri oranında kömür yakarak, tam altı dakikada bir 18 metre derinlikteki suyu pompalayabilir hale gelmişti (Morris, 2012). Watt’ın bu yeni makinesi düzgün dairesel hareket sağlayan, yani dakikada belli sayıda dönüşü sabit bir güçle veren ilk makinedir (Türkcan, 2009:127).

Buhar gücünün gelişimi uzun yıllar almış ve pek çok buhar makinesi tipi geliştirilmiştir (Tablo 3). Newcomen’ın ve ardıllarının hepsi ortak bir prensip üzerine çalışırlar. Kömür gibi bir yakıtın yakılmasıyla ortaya çıkan ısı, suyu kaynatır ve buhar oluşturur. Oluşan bu buhar pistonu iter ve bu sayede pistona bağlı olan şey harekete geçer. Bu mekanizma ile ısı harekete çevrilmiş olur. Birinci sanayi devrimini mümkün kılan temel unsur esasında bu enerji dönüşümüdür (Harari, 2014).

19 İlk atmosferik buhar makinesi

Tablo 3. Buhar gücünün gelişimindeki temel olaylar 1642-1845

Yıl Olay Ülke

1642 Torricelli’nin vacum deneyi İtalya

1654 Otto von Guericke hava pompasını geliştirdi Almanya

1690 Papin’in silindir içinde piston modeli Fransa

1698 Savery’nin pompa makinesi (Madencinin Dostu) İngiltere

1712 Newcomen’in atmosferik buhar makinesi İngiltere

1761 Watt’ın buharla ilk denemeleri İngiltere

1765 Watt’ın ayrı yoğuşturucu, hava pompası, silindir başı ve buhar ceketine ilişkin ilk pantenti

İngiltere 1769 Cugnot’un buharlı arabası (İlk atsız taşıt denemesi) Fransa

1776 Watt’ın ilk pompa makinesi İngiltere

1783 Watt’ın çift hareketli rotatif makinesi İngiltere

1800 Watt’ın sınırlayıcı patentinin süresi bitiyor İngiltere

1801 Trevithick’in kendinden hareketli yüksek basınçlı makinesi İngiltere

1802 Trevithick’in Londra’da buharlı araba denemesi İngiltere

1803 Oliver Evens’ın yüksek basınç denemesi ABD

1803 Trevithick’in Coalbrookdale lokomotifi İngiltere

1804 Trevithick’in Pen-y-Darren lokomotifi vagonları çekmeyi başardı İngiltere

1807 Fulton ilk ticari buharlı gemiyi geliştirdi ABD

1812 Bell’in Comet’i, Avrupanın ilk buharlı gemisi İngiltere

1814 Stephenson’un ilk lokomotifi ‘Blücher’ İngiltere

1819 ‘PS Savannah’, Antantik okyonusunu buhar yardımıyla geçiyor ABD

1831 Liverpool-Manchester demiryolu İngiltere

1835 Otis’in buharla çalışan kazı makinesi ABD

1838 Atlantik okyanusu ilk kez buharlı gemi ile geçildi İngiltere 1841 Stephenson uzun-yatık kazanlı lokomotifi geliştirdi İngiltere

1845 Pervaneli gemiler denenmeye başlanıyor İngiltere

Kaynak: Freeman ve Louça, (2001)

Buhar makinesinin kömür tüketim miktarındaki değişime bakılırsa, kısa sürede kaydedilen verimlilik artışının boyutları daha net görülür. Yaklaşık olarak 150 yıl içerisinde Savary tipi ilk makineden Watt tipi yüksek basınçlı makineye, 1 buhar gücü (BG) elde etmek için gereken kömür miktarı, 6 kat azalmıştır.

Tablo 4. Buharlı makinelerin kömür tüketim miktarları

Buhar Makinesi Tipi Saat ve BG Başına

Kömür Tüketimi (pound)

Savery Makinesi (18. yüzyıl) 30

Newcomen Makinesi (Madenlerde Kullanılan, 1700-1750) 20-30

Newcomen Makinesi (1790) 17

Watt Düşük Basınç Makineleri (1800-1840) 10-15

Watt Yüksek Basınç Makineleri (1850) 5

Kaynak: Freeman ve Soete, 2003

Buhar makinesinin gelişiminin, birinci sanayi devrimini karakterize eden teknolojik gelişme olduğunu açıkladıktan sonra İngiliz sanayileşmesine öncülük eden sanayideki

yeniliklerin neler olduğunu incelemek gerekmektedir. Hobsbawm’ın ifadesiyle İngiliz sanayileşme sürecinin birinci evresinde hiçbir sanayi dalı önem bakımından kıyaslanamaz diye ifade ettiği pamuklu sanayii incelenmelidir. Buharlı makinelerin yarattığı fırsatı ilk kavrayan imalatçılar pamuklu dokuma üreticileri olmuştur. Watt tipi buharlı makinelerin gelişiminden önce bu sanayi içerisinde başlayan teknolojik yenilikler ve buharlı makine ile pamuklu dokuma tezgahlarının buluşmasıyla verimlilikte çığır açan başarısı pamuklu dokumanın İngiliz sanayileşmesinin öncüsü olmasını sağlamıştır.