¿Cómo puede mi antigua civilización romana desarrollar una potencia de vapor efectiva para su uso en barcos?

TL; DR : los romanos podrían construir algunos barcos fluviales con motores de presión atmosférica, el principal obstáculo es la comprensión de la física, no alguna tecnología.

1. Construir una máquina de vapor simple no es tan difícil como la gente tiende a pensar. La caldera puede usar presión atmosférica y estar hecha de cobre y plomo (parte superior); así es exactamente como se hicieron las primeras calderas. El principal aumento en la eficiencia de la máquina de vapor en el siglo XVIII no provino del aumento de la presión, sino del uso de un condensador separado; hacerlo requiere comprensión de la física, no de alta tecnología.

   Los cilindros se fabricaban a mano y se evitaba la fuga de vapor enrollando una cuerda alrededor del pistón .

   El combustible de madera se volvió bastante caro a finales de la Edad Media, pero en la época romana la mayor parte de Europa estaba cubierta de bosques, por lo que en las fronteras del norte del Imperio el combustible era muy barato e incluso en Roma era principalmente el costo del transporte lo que formaba el precio del combustible.

   También las válvulas de los primeros motores se operaban a mano, aunque la automatización resultó ser bastante fácil (gracioso, pero era menos eficiente en combustible que el operador humano).

2. Los romanos tenían una industria bastante dedicada al drenaje de minas, por lo que pagarían por el drenaje de las máquinas de vapor. Así es como es probable que se utilicen los primeros motores.

3. Por lo que es tecnológicamente posible y económicamente factible. El problema es entender la física lo suficiente como para hacerlos. Por ejemplo, comprender el funcionamiento de la presión no es tan simple como parece; de ​​lo contrario, los hemisferios de Magdeburg o el experimento de Pascal con el barril no serían tan famosos.

   La noción de calor latente también es bastante difícil de entender, su comprensión fue crucial para la invención de Watt del condensador separado.

   El salto teórico requerido sería tremendo, francamente, no veo a los antiguos romanos haciéndolo. Pero si asumimos que lo lograron de alguna manera o que fueron ayudados por un viajero en el tiempo, entonces pueden construir el motor.

4. Pero hay una gran diferencia entre el " North River Steamboat " de Fulton (desplazamiento de 100 toneladas y 20 hp) y el barco de vapor oceánico ( Great Western , 2300 ton, 750 HP).

   Hacer un barco de vapor fluvial está dentro del nivel de tecnología romana. El barco de vapor oceánico requiere una revolución tecnológica .

PS Aeolipile es completamente inútil debido a su eficiencia extremadamente baja.

La verdad es que ya lo tienen; los griegos desarrollaron la máquina de vapor Hero (una simple esfera en un asador, por así decirlo, en la que se podía poner un poco de agua y colocar sobre el fuego, con 2 puertos de escape opuestos entre sí que permitían que el vapor escapara y la bola girara) - Simplemente nunca lo desarrollaron más.

Los barcos romanos eran robustos y eran grandes comerciantes. Hay 3 razones por las que no desarrollaron la energía de vapor para sus barcos;

1) Mano de obra humana: ¿por qué invertir en carbón, maquinaria costosa y otros cuando puede hacer que los humanos remen? (Todo lo que necesita es comida, pero ya la necesita para el resto de su tripulación: un solo recurso para cargar)

2) Velas: la energía eólica era lo suficientemente confiable en el Mediterráneo.

3) Enfoque militar: los barcos eran para comerciar, no realmente para luchar. Los romanos estaban más centrados en la infantería y la lucha terrestre.

En última instancia, si desea que sus 'romanos' obtengan energía de vapor para sus barcos, haga que los remeros sean más caros y que la energía marítima sea más importante. Tener vientos poco fiables en el mar también ayudaría.

Todavía se necesitarían esclavos para la minería del carbón y similares para apoyar esta tecnología. Sin embargo, el verdadero problema con la energía de vapor es convertir la energía en propulsión. En la época de Mark Twain, esto se hacía con ruedas de paletas. No fue hasta finales del siglo XIX que se inventó el 'tornillo submarino' o hélice.

Dicho esto, el uso de vapor en aplicaciones militares eventualmente habría llevado a un desarrollo anterior de esto, estoy bastante seguro.

El otro punto que surge es el aumento del costo del metal en los barcos con energía de vapor. Este es un buen punto y también por qué la mecanización romana probablemente se habría basado en la tecnología de resortes. Su quinta legión (efectivamente, su cuerpo de ingeniería) solía construir armas grandes que lanzaban flechas masivas que se lanzaban usando cuerdas hechas de tendones bovinos que se habían secado en el lugar. Ese tipo de almacenamiento de energía también habría sido más probable para sus naves.

Esta es una pregunta muy interesante, porque muestra cómo el mundo está interconectado. ¿Podrían los romanos desarrollar máquinas de vapor? Veamos primero los requisitos tecnológicos y sus implicaciones.

Requisitos tecnológicos

Los romanos sabían perfectamente que en el vapor hay fuerza. Incluso hubo algunos dispositivos demostrativos toscos, como el eolipile mencionado en la pregunta. Entonces, ¿qué más se necesitaba, desde un punto de vista puramente tecnológico?

• Primero, necesitaban combustible . La civilización grecorromana clásica usaba relativamente poco combustible, y ese combustible era madera y carbón vegetal. Usaban poco combustible porque vivían alrededor del Mediterráneo, donde los inviernos son suaves, y vivían durante un período cálido. La región mediterránea tiene pocos bosques extensos y esencialmente no tiene carbón mineral.

  Como no hay carbón en el Mediterráneo, los romanos tenían una idea muy vaga de qué era el carbón o cómo usarlo. Sabían que en Gran Bretaña se podían encontrar algunas rocas negras que ardían, pero eso era todo lo que sabían sobre el carbón. Pero digamos que después de que alguien construyera los primeros motores, algún ingeniero romano que regresara de Gran Bretaña habría experimentado con el carbón, y los romanos habrían avanzado hacia el norte para aprovechar las extensas reservas de carbón en Gran Bretaña y la Galia.

  Así que el combustible no es tan importante; es perfectamente posible imaginar a los romanos extrayendo carbón en Gran Bretaña.

• En segundo lugar, y aquí llegamos a los problemas tecnológicos realmente difíciles, se necesitarían técnicas de metalurgia y metalurgia para fabricar el motor. Este es un gran problema. El único metal adecuado disponible en aquellos tiempos era el bronce; El bronce definitivamente no es barato. ¿Por qué no hierro barato? Bueno, el problema es que en la época romana sabían fundir el bronce, pero nadie había visto nunca el hierro fundido y mucho menos intentado fundirlo. El bronce siguió siendo el único metal adecuado para la fundición durante mil años después de la caída del imperio occidental; por eso los cañones eran de bronce hasta los albores de la Edad Moderna.

  Recuerda que en el mundo clásico el metal se usaba en una escala mucho menor que en el Renacimiento y la Edad Moderna. El metal era precioso.

  Y las técnicas de trabajo del metal también eran problemáticas. Los romanos no disponían de tornos capaces de mecanizar metal; todo lo que tenían eran tornos manuales adecuados para tornear madera. Los primeros tornos capaces de mecanizar metal aparecieron (otra vez) mil años después de la caída del imperio occidental. Sin tornos significa que no hay tornillos (reproducibles) y no hay forma de hacer cilindros o pistones precisos. Hacer una máquina de vapor sin cilindros y pistones precisos no es trivial; sí, un artesano astuto podría haber hecho un cilindro y un pistón, a un gran costo, pero esto no lo hace una marina.

• Pero el problema asesino son las tuberías de metal. Simplemente no tenían la tecnología para fabricar tuberías de metal de alta (-ish) presión. Los únicos tubos de metal que sabían hacer eran tubos de plomo de muy baja presión; no intente pasar vapor vivo a través de uno de esos. ¿Por qué son importantes las tuberías? Sin tuberías de alta (-ish) presión, solo se puede hacer un motor atmosférico , como el original de Newcomen (1712). Este tipo de motor es apto para bombear agua de pozos de mina y poco más.

Implicaciones de los requisitos tecnológicos

Por supuesto, uno puede imaginarse a los romanos resolviendo los problemas tecnológicos. (O más probablemente los griegos, pero luego, en el siglo II, los griegos estaban completamente integrados en el imperio, que ya no percibían como una dominación extranjera sino como la culminación natural de la historia de Grecia). La pregunta es entonces, ¿qué ¿Qué tipo de mundo habría sido? ¿Habría conservado la esencia del mundo clásico?

Yo diría que no. El tipo de avances tecnológicos de los que hablamos implican un mundo con una mano de obra altamente cualificada, con una economía de mercado intensa, con una formación tecnológica sistemática, con un uso generalizado de piezas metálicas, con medidas precisas... Este no es el mundo clásico. Simplemente no lo es.

¿Podrían haberlo hecho preservando algo del mundo clásico? ¡Sí, por supuesto! Después de todo, lo hicimos: todavía tenemos senadores que (en los EE. UU.) se reúnen en la colina del Capitolio , todavía tenemos tribunales y (en muchos países europeos) todavía tenemos prefectos y cuestores , y nuestros idiomas están llenos de Palabras latinas. Si estás contento con un mundo que conserva algunas (quizás la mayoría) de las formas del mundo romano pero poco de su esencia, entonces sí, esto es imaginable.

Entonces, ¿por qué no lo hicieron?

Pero los romanos no desarrollaron las tecnologías necesarias para fabricar máquinas de vapor. No desarrollaron el tipo de economía de mercado intensa en la que las máquinas de vapor habrían sido útiles. ¿Por qué? Porque no pudieron. Los romanos inventaron el estado en la concepción moderna de la palabra, inventaron el concepto de leyes uniformes y códigos y burocracia y servicio público e infraestructura pública y muchos otros aspectos de la civilización que en la plenitud del tiempo hizo el mundo moderno posible. Pero una cosa que no inventaron: un mecanismo funcional y estable para la transferencia de poder.

La transferencia pacífica del poder siempre fue un objetivo: la mayoría de los emperadores eran personas decentes, que realmente se esforzaron por preservar y desarrollar el imperio. La mayoría de ellos lograron transferir el poder a su sucesor de manera pacífica; por ejemplo, la cadena Nerva-Trajano-Adriano-Antonino Pío-Marco Aurelio (la dinastía adoptiva Nerva-Antonino, los " cinco buenos emperadores ") proporcionó estabilidad y buen gobierno durante 84 años, casi un siglo, del 96 al 180 d.C. Pero de vez en cuando la transferencia del poder fallaba, o el sucesor estaba mal elegido, y se producía el caos.

Así que el imperio tuvo períodos de paz y desarrollo (bajo los Julio-Claudianos, bajo los Flavios, bajo la dinastía Nerva-Antonine) y períodos de anarquía y lucha civil. Y en el siglo III, uno de esos períodos de anarquía, la Crisis del Siglo III , inclinó demasiado la balanza hacia el lado de la oscuridad. El imperio fue herido de muerte; nunca se recuperaría.

Podría haberse evitado, especialmente en la ficción. En la ficción, siempre se puede hacer de Cómodo un buen emperador; se podría imaginar una regla que estableciera que la sucesión imperial debe recaer en un heredero adoptivo; o al menos uno podría imaginarse a los romanos instituyendo legalmente el cargo de emperador y haciéndolo hereditario. (Uno de los grandes problemas con el imperio romano era que antes de Diocleciano no era legalmente un imperio y legalmente no tenía un emperador; el estado era oficialmente una república, y los hombres a los que llamamos emperadores gobernaban acumulando posiciones clave en el estado ; es complicado, pero básicamente acumularon el cargo de presidente del Senado, comandante en jefe del ejército, sumo sacerdote y, lo más importante, tribuno del pueblo).

Puntos clave

• Debes hacer mucho más intensa la economía del imperio romano; las máquinas de vapor no sirven de nada en una economía dormida.

• Debes superar de alguna manera el desdén grecorromano por los artesanos; tal vez hacer que Alejandría se convierta en un semillero de industria, con Roma obligada a competir, no lo sé.

• Debes evitar la crisis del siglo III a toda costa, incluso si eso significa instituir el dominio temprano .

• Debes imaginar una cadena de inventos improbables pero no imposibles...

• Y como resultado obtendrás un mundo que se parece un poco al mundo grecorromano clásico, pero es bastante diferente, y habrás cambiado todo para seguir. No habrá Edad Media, ni Islam, ni Imperio Británico...

Las máquinas de vapor requieren una economía industrial. Incluso los barcos fluviales de Mark Twain tenían una gran cantidad de hierro desde el punto de vista romano. (Pistones de pie de diámetro, carrera de varios pies...) Necesita una forma de producir y fundir hierro en lotes de varias toneladas.

Eso significa que tienes que tener formas de calentarlo. Eso significa carbón y coque. Inglaterra fue capaz de impulsar una revolución industrial con grandes bosques que producían buen carbón y algunos depósitos de carbón que estaban cerca o en la superficie. Las máquinas de vapor drenaron las minas para obtener carbón más profundo, lo que permitió construir más máquinas y vías férreas. El ferrocarril permitió mover carbón y mineral de hierro desde lugares más alejados.

Aun así, las máquinas de vapor se usaban ampliamente en tierra antes de que se aplicaran a los barcos. El uso de barcos requería presiones más altas para permitir un uso más eficiente del combustible y para que el motor tuviera un tamaño razonable.

Un historiador comentó: "No se puede realizar el ferrocarril hasta que sea el momento del ferrocarril".

Dicho esto: los romanos estuvieron en Brittania durante varios cientos de años. Sitúe toda la revolución industrial en el año 200 d.C.

Las bombas de presión de balancín (que usaban cilindros y pistones) datan del siglo ^III a. C. (usaban bronce, por supuesto, pero hubiera funcionado perfectamente bien para las máquinas de vapor).

El cigüeñal (el engranaje solar y planetario se usaba en las primeras máquinas de vapor para eludir la patente de Pickard sobre el cigüeñal; la ley de patentes británica de la época permitía que alguien patentara cosas que ya estaban en uso) data de al menos el siglo ^I (el Nemi Los barcos los usaban en sus bombas de achique)

Los volantes son anteriores a la civilización, y la tecnología de válvulas lo suficientemente sofisticada para un órgano de agua podría haber creado válvulas para una máquina de vapor.

Reunir las piezas en la combinación adecuada estaba más allá de ellos, por las razones mencionadas por otros en este hilo, pero todos los componentes necesarios para fabricar máquinas de vapor de tamaño pequeño a mediano estaban disponibles para los romanos.

No tenían la metalurgia, las habilidades de mecanizado o la base de conocimientos para desarrollar una máquina de vapor práctica y económica.

La primera máquina de vapor práctica fue la máquina de Newcomen , que dependía de un invento que los romanos no tenían: el cilindro y el pistón, para convertir en energía el vacío parcial del vapor que se condensa en un recipiente cerrado. El pistón y el cilindro fue una idea que fue desarrollada por primera vez por Otto Guerickie como bomba de vacío, y obtuvo la idea de un inventor desconocido que había creado un extintor de incendios doméstico utilizando un cilindro y un pistón como bomba de agua. Los romanos tampoco tenían un sistema de engranajes planetarios para traducir el empuje y la tracción en movimiento giratorio, inventado por William Murdoch.

Es cierto que los griegos habían desarrollado una máquina de vapor simple con una bola giratoria, pero ese diseño no se amplió fácilmente (sin rodamientos que permitieran que una bola grande girara de manera eficiente, sin metales que pudieran soportar la presión y la temperatura más altas), ni tampoco. tienen una forma de bombear agua al motor mientras funcionaba bajo presión (también requiere un cilindro y un pistón), por lo que no habría tenido mucha resistencia.

Y finalmente, está la base de conocimiento a considerar. En la época romana, la metalurgia se limitaba a moldear a mano el bronce, el cobre y el hierro. Puedes hacer una buena espada y un escudo, pero no puedes hacer una máquina de vapor práctica como esa. En consecuencia, incluso la idea de usar vapor o cualquier otra cosa que no sea humana, animal, rueda hidráulica o viento para obtener energía, habría estado más allá incluso de las mentes más brillantes en ese entonces.

Teóricamente, los romanos podrían haber creado las primeras armas de fuego: tenían las materias primas tanto para la pólvora negra como para los cañones de bronce... lo que les faltaba era la base de conocimientos que permitía crear tal dispositivo.

Esencialmente, tendrían que deshacerse de la esclavitud, algo que nunca hicieron.

Toda la "economía" del Imperio se basó en tal institución y, en todo caso, su armada se basó más en ella que en cualquier otra cosa (salvo quizás la minería). Sus barcos se movían a remos, siendo las velas un mero complemento (sus velas sólo permitían navegar a sotavento).

Esto planteó limitaciones extremas a su progreso tecnológico. Dado que los esclavos no ganan salarios, no había presión para reducir los salarios mejorando la productividad, por lo que había muy poca necesidad de creatividad tecnológica, y aún menos de poner esa creatividad en empresas "económicas". Además, los esclavos generalmente no pueden ser entrenados para mejorar sus habilidades; ciertamente había esclavos calificados en todos los oficios, pero esto dependía de la captura y esclavización de artesanos ya calificados, no de atrapar trabajadores no calificados y luego enseñarles un oficio (además, siempre habrá cierta infrautilización de las habilidades de los esclavos: piense en 12 años de esclavitud, donde un músico habilidoso es esclavizado para realizar un trabajo totalmente manual y no calificado). Tal problema, en todo caso, creció cada vez más a medida que las fuentes originales de esclavos calificados - Grecia y otros ya "

Imagínese tratar de convencer al propietario de un barco mercante romano de que debería reemplazar sus esclavos ya pagados con una maquinaria igual o incluso más costosa que luego necesitaría un conjunto de trabajadores mucho mejor, que no sería fácil, si es que lo hiciera. capaz de procurarse en el mercado de esclavos, lo que probablemente resultó en la necesidad de pagar salarios. ¿Por qué pagaría dos veces por su energía (maquinaria y luego salarios), si ya tenía una tripulación pagada?

En tal entorno, no sólo se obstaculizaba la innovación tecnológica, sino más aún la integración de eventuales avances al sistema productivo. El centro neurálgico intelectual de la Antigüedad Clásica, el Museo de Alejandría, sin duda proporcionó algunas invenciones, pero estaban al servicio de la ingeniería militar, no de la mejora de las condiciones laborales o del ahorro de mano de obra en la agricultura, la artesanía o el comercio.

Entonces, una revolución social, la abolición de la esclavitud, era una condición previa. Sin eso, incluso si tuvieran la capacidad tecnológica para hacer un barco de vapor, lo construirían, en el mejor de los casos, como una "maravilla del mundo", algo poco práctico, hecho para asombrar a la gente por el poder y la fuerza de su imperio, no como algo para poner en uso práctico diario.

La prensa impresa

Es posible que primero tengas que hacer que tus romanos inventen la imprenta.

Hay un montón de ideas que tuvieron que surgir antes de que la máquina de vapor pudiera ser viable, y la mejor manera de desencadenar una acumulación de ideas es tener una forma de dejar esas ideas y distribuirlas ampliamente.

Pero entonces la pregunta sería por qué los romanos querrían tantos libros. Tal vez un movimiento religioso que se centró en los libros. (Pero eso ya se ha hecho). Tal vez los libros podrían usarse como instrucciones para establecer colonias. O para manuales de campo para las tropas. O la imprenta podría usarse para crear cantidades masivas de volantes para propaganda.

Arquímedes

¿Qué pasaría si los romanos capturaran a Arquímedes en lugar de matarlo e inventara la imprenta? Eso podria ser divertido.