तोफेच्या दारूगोळ्याच्या स्फोटामधून निघणाऱ्या उष्णतेचा यांत्रिक कामासाठी उपयोग करून घ्यावा अशी कल्पना डच शास्त्रज्ञ ख्रिश्चन ह्यूजेन्स याच्या मनात आली आणि त्याने १६८० च्या सुमाराला तसे प्रयोग करून पाहिले. डेनिस पॅपिन याने १६९० मध्ये विस्फोटकांऐवजी वाफेच्या दाबाचा उपयोग करून नळीमधील दट्ट्याला उचलण्याचा प्रयोग करून पाहिला; पण ते प्रयोग अपेक्षेइतके यशस्वी झाले नाहीत किंवा त्यांचा चिकाटीने पाठपुरावा केला गेला नाही.

सन १७१२ मध्ये ब्रिटिश इंजिनियर थॉमस न्यूकॉमेन याने थॉमस सॅव्हरी आणि डेनिस पॅपिन या दोन्ही संशोधकांच्या कल्पनांना एकत्र आणून एक मोठे इंजिन तयार केले आणि ते चालवून खाणींमधले पाणी उपसून दाखवले. चित्रात दाखवल्याप्रमाणे या इंजिनात वाफेच्या पात्राच्या जागी एक सिलिंडर असतो आणि बॉइलरमध्ये तयार झालेली वाफ त्यात सोडून तोटी बंद करतात. सिलिंडरमधली वाफ थंड होऊन तिचे पाण्यात रूपांतर होताना तिचे आकारमान अगदी कमी झाल्यामुळे सिलिंडरमध्ये निर्वात पोकळी (व्हॅक्यूम) तयार होते आणि बाहेरील हवेच्या दाबामुळे पिस्टन खाली ढकलला जातो. या पिस्टनला साखळीद्वारे एका मोठ्या तुळईला (बीम) टांगून ठेवलेले असते आणि त्या तुळईच्या दुसऱ्या बाजूला एक पंप जोडलेला असतो. इंजिनातला पिस्टन खाली जात असतांना खाणीमधील पाणी या पंपामधून वर उचलले जाते. त्यानंतर सिलिंडर आणि बॉइलर यांच्यामधली झडप उघडते, पंपाच्या वजनामुळे पिस्टन वरच्या बाजूला ओढला जातो आणि बॉइलरमध्ये तयार झालेली वाफ सिलिंडरमध्ये भरते. पण त्या वाफेला थंड होऊन तिचे पाण्यात रूपांतर होण्यासाठी काही वेळ थांबावे लागते. या इंजिनांमध्येसुद्धा प्रत्यक्ष होत असलेल्या क्रियेसाठी हवेच्या दाबाचाच उपयोग केला जात होता. न्यूकॉमेनने त्याचे नावच अॅट्मॉस्फीरिक इंजिन असे ठेवले होते. हे इंजिन खाणींमधील पाणी उपसण्यात बऱ्याच प्रमाणात यशस्वी झाले आणि पुढील सहा सात दशकांमध्ये अशा प्रकारची शेकडो इंजिने तयार करून उपयोगात आणली गेली.  

थॉमस न्यूकॉमेनच्या मृत्यूनंतर सन १७३६ मध्ये जन्माला आलेला जेम्स वॉट लहानपणापासूनच अत्यंत बुद्धिमान; तसेच कार्यकुशल होता, पण त्याला त्या काळातल्या शाळांमध्ये शिकवल्या जाणाऱ्या ग्रीक, लॅटिन असल्या विषयांची गोडी नव्हती. त्याने लंडनला जाऊन साधने (इंस्ट्रुमेन्ट्स) दुरुस्त करायचे प्रात्यक्षिक शिक्षण घेतले आणि त्यात प्राविण्य मिळवले. तो ग्लासगोला परत येऊन तिथल्या लोकांना लागणारी अनेक प्रकारची साधने दुरुस्त करायला लागला आणि ते काम करताकरता स्वतः तशी नवीन साधने तयार करून द्यायला लागला. एकदा त्याच्याकडे न्यूकॉमेनचे इंजिन दुरुस्त करायचे काम आले. त्या इंजिनाची चाचणी घेत असतांना त्याला त्या इंजिनात काही सुधारणा करणे आवश्यक आहे, असे वाटले. त्या इंजिनाचा सिलिंडर प्रत्येक वेळी वाफ भरताना तापत असे आणि वाफेचे पाणी करताना तो थंड होत असे. यात फार ऊष्णता वाया जात असे. वॉटने वाफेला थंड करण्यासाठी एक वेगळा कंडेन्सर जोडला आणि सिलिंडरमधली वाफ तिकडे वळवली. यामुळे त्या ऊष्णतेची बचत झाली. त्यानंतर तो एकामागून एक सुधारणा करत गेला. प्रत्येक वेळी झडपा उघडण्याचे आणि बंद करण्याचे काम आधी हाताने करावे लागत असायचे. वॉटने त्यासाठी इंजिनामध्ये खास प्रकारच्या व्यवस्था केल्या. त्यामुळे पिस्टन वर किंवा खाली होत असताना त्या झडपा आपोआप उघडून वाफेला सिलिंडरमध्ये किंवा कंडेन्सरमध्ये सोडायला आणि थांबवायला लागल्या. आणखी काही दिवसांनी वॉटने तो पिस्टन विशिष्ट प्रकारच्या दांड्याने एका मोठ्या चाकाला जोडला. हा एक क्रांतिकारक बदल होता.  न्यूकॉमेनचे इंजिन फक्त खाणींमधील पाणी उपसण्याच्या कामाचे होते, पण चाकाला जोडून कोणतेही यंत्र फिरवणे शक्य झाल्यामुळे वॉटचे इंजिन कारखान्यांमध्ये कामाला यायला लागले. ते काम सुरळितपणे करता येण्यासाठी त्याच्या वेगावर नियंत्रण असणे आवश्यक होते. वॉटने त्यासाठी नियंत्रक (गव्हर्नर) तयार करून घेतला. सिलिंडरमध्ये पिस्टनच्या दोन्ही बाजूंना वाफ सोडून त्याची क्षमता दुप्पट केली. हे सगळे केल्यानंतर वाफेचे इंजिन हे एक आपोआप चालणारे परिपूर्ण इंजिन तयार झाले. अर्थातच त्याला प्रचंड मागण्या यायला लागल्या आणि जेम्स वॉटचे नाव जगभर झाले.

अशा प्रकारे जेम्स वॉटने मूळच्या न्यूकॉमेनच्या इंजिनाचे रूप पार पालटून टाकले आणि त्यात इतकी स्वतःची भर घालून अनेक नव्या सोयी करून त्याची उपयुक्तता वाढवली की वॉटनेच वाफेच्या इंजिनाचा शोध लावला असे  समजले जाते. त्यापूर्वी फक्त माणसांच्या किंवा पशूंच्या बळावर चालवता येणारी यंत्रे होती, कांही ठिकाणी वाहते पाणी किंवा वारा यांच्या जोरावर फिरणाऱ्या चक्क्या होत्या, पण त्या हवामानाच्या लहरीवर अवलंबून असायच्या. वाफेच्या इंजिनांमुळे सगळ्या यंत्रांना चालवणारे हुकुमी साधन मिळाले आणि कारखानदारीला भर आला; तसेच रेल्वेगाड्या, आगबोटी यांसारखी वाहतुकीची साधने निर्माण झाली. म्हणूनच वॉटलाच औद्योगिक क्रांतीचे मोठे श्रेय दिले जाते.  

-आनंद घारे

[email protected]

वाफेच्या इंजिनाचा शोध - भाग १