Stoomenjin: Stomend op die wenpad
Stomend op die wenpad
Die s-s-s-s-suksesverhaal van die stoomenjin
Sonder die stoom wat die turbines in ons kragsentrales laat draai, sou jy nie eens hierdie woorde op jou rekenaarskerm kon gelees het nie! En dit geld vir ons steenkool-kragsentrales sowel as ons kernkragsentrale by Koeberg in die Kaap. Al is die dae van stoomtreine uitgedien, is stoom dus nog volstoom met ons—in die opwekking van die elektrisiteit wat die wiele van ons geïndustrialiseerde samelewing aan die draai hou...
Illustrasie: Stephenson se "Rocket", 1829
IE ontsettende krag van stoom.... hoe is dit ontdek? Duisende jare het verloop sedert die mens die eerste keer hitte gebruik het om water te laat kook. In die loop van millenniums is ontelbare potte en ketels op vure geplaas, en miljoene der miljoene mense moes baie duidelik met hul eie oë gesien het dat daar 'n magtige krag aan werk is.
Hulle het aanskou hoe die stoom uit die kookwater ontsnap en gehoor hoe die deksels van die waterhouers kletter omdat die stoom die deksels laat beweeg het. Maar hulle het nie besef presies wat binne-in die houers aan die gebeur was nie—dat die water besig was om in gas te verander en dus uitgesit het en meer ruimte nodig gehad het nie.
As net een mens in elke duisend ernstig daaroor nagedink het, sou die mensdom bes moontlik spoedig geweet het dat water in sy gastoestand 1600 keer meer ruimte nodig het as water in sy vloeistofvorm. Die mensdom sou dan reeds 'n hele klomp eeue gelede al uitgewerk het hoe om 'n stoommasjien te bou en ons beskawing kon veel meer gevorderd gewees het.
Sover ons weet, was Hero van Alexandrië, 'n Griekse wiskundige wat in die eerste of tweede eeu vC gelewe het, die eerste man wat stoom ingespan het. Maar sy toestelletjie (LINKS) was 'n blote speelding. Hero het water in 'n pot gekook en die stoom deur 'n pypie na 'n bal gevoer wat hol van binne was. Die bal is fyn gebalanseer en deur die stoom deur twee pypies uit die bal te laat ontsnap, het die bal al in die rondte getol (REGS).
Maar 'n baie lang tyd lank het niemand blykbaar op Hero se vindingryke begin voortgebou nie. Die eeue het gekom en gegaan en sowat 1700 jaar sou moes verstryk voordat enige vordering met die gebruik van stoomkrag gemaak is. Geslagte op geslagte van mense het water bly kook, maar nooit gedink aan die reuse-krag wat elke keer geborrel en gegons het asof dit freneties die aandag op homself wou vestig nie.
Selfs vandag—terwyl ons moderne lewens deur stoom gereël word, soos ons verder in hierdie artikel sal lees—besef ons dit nie altyd werklik hoe belangrik stoom steeds vir ons is nie.
Stoom is water in die vorm van gas. Dit is kleurloos, onsigbaar en elasties. Soos by alle ander gasse veroorsaak hierdie veerkrag dat dit uitsit totdat dit enige houer vul waarin dit beland. Die wit wolkie wat ons by die ketel se tuit sien uitkom, is streng gesproke nie stoom nie, maar stoom wat verkoel is deurdat dit met die lug in aanraking gekom het. As die ketel kook en ons naby die tuit kyk, sien ons niks nie. Die stoom raak eers 'n entjie van die opening af sigbaar.
Dit is die veerkrag of elastisiteit van stoom wat dit so waardevol vir die mensdom maak. Wanneer dit uitsit, druk dit teen die kante van enige houer waarin dit gehul is. In die stoommasjien word die stoom in 'n silinder ingevoer wat 'n skyf bevat wat 'n suier (Engels: piston) genoem word. Die stoom wat vanweë sy elastisiteit teen die suier aandruk, druk die suier in die silinder vorentoe, en daardeur kry ons beweging. Dit is alles heel eenvoudig, wanneer 'n mens vasgestel het hoe dit gedoen word.
WAT is dit dan wat die treine kruis en dwars en vol goedere deur ons land laat loop? En watter krag hou die wiele van fabrieke, trouens van ons hele verwikkelde moderne samelewing aan die draai? Die antwoord is stoom.
Maar stoomtreine bestaan kwalik nog in ons land, sê jy waarskynlik. Ons treine loop mos hoeka met elektrisiteit. Goed en wel, maar elektrisiteit word in Suid-Afrika steeds veelal deur stoom opgewek, of dit nou deur steenkool- of kernkrag-verhitting geskied. Ons is steeds volstoom in die era van stoom, kan 'n mens tereg sê, en is so daarvan afhanklik dat ons geïndustraliseerde samelewing daarsonder dadelik tot stilstand sal knars.
Dit is stoomkrag wat die turbines in ons kragsentrales laat draai en waarsonder jy nie eens hierdie woorde op jou rekenaarskerm sou kon gelees het nie!
HOEWEL die mens eeue lank besef het dat stoom 'n besonderse krag besit—en hy tog so lank niks besonders gedoen om dit tot sy voordeel aan te wend nie—het dinge darem so drie, vier eeue gelede stadig begin verander.
In 1629 het Giovanni Branca, 'n Italiaan, vorendag gekom met 'n eienaardige stoommasjientjie wat nogal nuttige werkies kon verrig. Een van die werkies was om kruie te stamp. Die ketel waarin die water gekook is, was in die vorm van 'n mensekop en met die kook van die water het die kop stoom teen 'n wiel geblaas. Dit het die wiel laat draai en dié het op sy beurt die stampers laat werk. Al was dit eintlik ook maar 'n speelding, soos Hero se toestelletjie van ouds, was dit tog geen nietige ontwikkeling in die stoomverhaal nie. Trouens, in beginsel was Banca se masjientjie 'n soort stoomturbine soos dié wat later in groot stoomskepe gebruik sou word.
Die volgende vermeldingswaardige naam in die stoomverhaal is dié van Christiaan Huygens, einste die Nederlandse natuurkundige na wie die onbemande snuffeltuig Huygens genoem is wat in Januarie 2005 op die maan Titan van die planeet Saturnus geland het. Die mens Huygens het in 1680 'n masjien met 'n silinder en suier beskryf. Hy wou hierdie masjien laat werk deur kruit op gereelde oomblikke te laat ontplof. Sy idee was die voorloper van dit wat vandag in ons motors se masjiene gebeur vanweë die ontploffing van petrol.
Hierna het Denis Papin, 'n Franse vlugteling, wat 'n assistent en vriend van Huygens was, en later ook in Engeland gewerk het, 'n masjien ontwerp waarin stoom, pleks van kruit, in 'n silinder aangewend is om die suier te stoot. Papin het boonop die veiligheidsklep uitgevind wat keer dat stoomketels bars weens 'n te groot drukking van die stoom aan die binnekant. Hierdie vernuftige Fransman, wat desondanks as 'n brandarm man oorlede is, het met sy planne eintlik die grondslag vir die stoomlokomotief gelê.
Stoomkrag—'n baie basiese verduideliking
Hoe só 'n basiese stoommasjien sal werk—'n geanimeerde voorstelling.
En dan die toepassing...
Maar dit was 'n man van Engeland wat op Papin se ontwerpe voortgebou en hulle verbeter het. Sy naam was Thomas Newcomen, wie se pompmasjien om water uit myne te pomp teen 1711 reeds algemeen in gebruik was. Dit was die eerste doelmatige stoommasjien met 'n suier en silinder. Tog moes die krane wat die stoom- en watertoevoer na die silinders gereël het, nog met die hand oop- en toegemaak word, en omdat dit so 'n eenvoudige (en eentonige) werk was, is dit gewoonlik deur jong seuns gedoen.
Daar word vertel dat een van die seuns, ene Humphrey Potter, liewer wou speel as om só 'n vervelige werk te doen en toe met toutjies en hakies 'n manier geprakseer het om die toevoerkrane op die regte tye outomaties te laat oop- en afsluit. Dié vindingryke knaap se uitvindsel het toe 'n deel geword van al die masjiene wat hierop gevolg het.
Die lokomotief was egter steeds nie in sig nie. Die geniale breine wat dit moes verwesenlik, was nog nie daar nie. Maar toe word 'n jong Skot met die naam James Watt in 1736 gebore, 'n groot denker wat in sy lewe vir 'n opwindende vernuwings sou sorg. Daar is die bekende verhaaltjie van hoe Watt as jong seun geboei is deur die stoom wat die dekseltjie van sy ma se ketel so vinnig op en af laat beweeg het en hoe hy gewonder het hoe hy daardie krag kon gebruik.
Hy het hom as 'n instrumentemaker in Glasgow gevestig toe 'n dosent hom op 'n dag 'n modelletjie van Newcomen se masjien stuur om te herstel. Watt het dit uitmekaar gehaal en met groot aandag daarna gekyk. Hy het agtergekom dat die masjientjie stoom verspil en die krag nie ten volle gebruik nie. Hy kan mos 'n beter een maak, besluit hy. En hy voeg die daad by die woord.
LINKS: James Watt
In Watt se masjien is die stoom nie in die silinder afgekoel en gekondenseer nie, maar in 'n afsonderlike kompartement. Boonop het hy 'n opening vir die toevoer van die stoom in die bo- en onderent van die silinder gemaak. Die stoom wat onder inkom, stoot die suier op en word weer verwyder; die stoom deur die boonste opening gee die suier dan sy neergaande slag. Daar was dus dubbele dryfkrag vir die suier pleks van net in een rigting, soos wat in Newcomen se masjien die geval was.
Watt se masjien het die ontwerp geword waarop alle moderne stoommasjiene gegrond is en meegehelp om die Industriële Revolusie teweeg te bring.
Die volgende stap was egter nou om die masjien ook 'n wiel te laat draai, sodat dit ook vir ander werk gebruik kon word en nie slegs vir die pomp van water nie. Maar steeds was daar nog geen masjien wat op wiele geloop en deur stoom aangedryf is nie. Toe ontpop 'n ander vindingryke kêrel in die persoon van William Murdock, wat in 1754 in 'n dorpie in Ayrshire, Suidwes-Skotland, gebore is. Murdock het in 1785 'n stoommodelletjie gemaak wat met sy eie krag geloop het en wat hy saans op die paaie uitgetoets het. Op 'n sekere aand het die klein vuurspuwende monstertjie van hom weggehardloop en koers gekies na die kerk waar die ou predikant hom glo boeglam daarvoor geskrik het, oortuig dat dit 'n manifestasie van Satan was.
'n Jaar of sestien jaar voordat Murdock sy masjientjie gebou, het 'n Fransman, Nicholas Joseph Cugnot, inderdaad daarin geslaag om 'n stoomwa te bou wat met vier passasiers teen nagenoeg 3 km/h deur die Paryse strate aangekruie het. Die affêre was egter so lomp dat dit in die straat omgeslaan het—en die ongelukkige Cugnot tronk toe gestuur is. Hy is ook verbied om verder aan sy uitvindsel te werk.
Murdock het nie die geld gehad om sy proefnemings voort te sit nie, maar sy vriend Richard Trevithick ("Captain Dick" soos hy genoem is in Redruth, Suidwes-Engeland, naby die plek waar hy in 1771 gebore is) het in 1803 'n sterk lokomotief gebou wat tien ton yster en sewentig mense kon trek. Ook Trevithick en sy masjien is een aand aangesien vir die duiwel wat die wêreld met vuur en swael kom teister.
Trevithick het sy toetsritte in Londen se strate onderneem, maar toe besef dat sy lokomotief beter sou vaar as dit op 'n spoor loop. Hy het lokomotiewe begin bou om steenkooltrokke in die koolmyne te trek. Trevithick se plan om stoomkoetse te bou is deur ander mense oorgeneem, wat 'n kwaai stryd gevoer het om die koetse as algemene vervoermiddel op die paaie toegelaat te kry. Verbete teenstand deur beswaardes wat aangevoer het dat hulle gevaarlik vir mens en dier is en die paaie beskadig, het tot 'n wet gelei wat hulle verbied het om vinniger as sowat 6 km/h te ry en boonop gestipuleer het dat 'n man met 'n rooi vlag sestig tree voor elke koets moes loop. Dit het die stoomkoets se einde beteken.
Dick Trevithick was die eerste mens wat 'n praktiese stoomlokomotief gebou het. Maar sy masjiene was bra primitief. Die tyd was nou ryp vir 'n praktiese en vernuftige man wat die beste dele uit al die bestaande maar ondoeltreffende stoommasjiene kon neem en dit tot 'n werklik goeie lokomotief kon saamsnoer. Die man wat dit vermag het, was George Stephenson.
STEPHENSON, wat die aangesig van die wêreld sou verander, is in 1781 in groot armoede gebore op 'n dorpie in die distrik Newcastle in Engeland. As kind het nooit 'n skool bygewoon nie en hy kon aanvanklik nie lees en skryf nie. Hy het 'n paar pennies per week verdien deur rape te skoffel, koeie op te pas en uiteindelik die oppasser te word van 'n perd by die steenkoolmyn waar sy pa 'n masjinis was.
LINKS: George Stephenson
Die werk by die myn het hom die geleentheid gebied om die stoommasjien te bekyk wat water uit die myn gepomp het. Dit het hom gefassineer en hy het selfs kleimodelle van die masjien gemaak. Van Watt, Murdock, Trevithick en die ander uitvinders het hy niks geweet nie, maar hy wou self alles van 'n stoommasjien weet wat daar te weet is.
'n Klompie jare daarna het hy by 'n naburige myn 'n Newcomen-pomp probeer herstel wat al langer as 'n jaar stukkend was. Twee dae later was die myn drooggepomp en kon die ontginning van steenkool daar voortgesit word.
Stephenson het eers leer lees en skryf toe negentien jaar oud was, terwyl sy seun Robert hom jare later saans onderrig het om sy kennis te verbreed.
Maar as 'n kranige hersteller van stoommasjiene het hy vroeg-vroeg naam gemaak. Hy het self ook lokomotiewe begin bou, en op 27 September 1825 sy eie lokomotief bestuur op die sowat spoor van sowat 40 km van Stockton na Darlington. Sy lokomotief het omtrent 35 waens met passasiers en steenkool getrek, altesaam 90 ton in gewig, en 'n snelheid van tot nagenoeg 24 km/h bereik. Dit was die eerste keer dat passasiers en goedere vervoer is op 'n openbare spoor en getrek deur 'n lokomotief —'n groot dag in die geskiedenis van die spoorweë.
REGS: Stephenson-lokomotief, 1815.
Hierna is ander spore op verskillende plekke aangelê... en kort voor lank in baie ander lande tot by die eindes van die aarde. Nie dat liggelowige mense altyd die nuwigheid verwelkom het. Bewerings dat die lokomotiewe sou bars en mense die ewigheid sou inslinger, dat die wol op die skape sou verskroei of dat voëltjies dood sou neerval as hulle naby die treine vlieg, was maar net party van die vrese wat besweer moes word.
REGS: Stephenson se "Rocket", 1829..
Verskillende bouers van lokomotiewe is gevra om mee te ding om 'n prys van 500 pond met die opening van die spoor tussen Manchester en Liverpool. Stephenson het in 1829 as die wenner wegstap met sy beroemde "Rocket", wat teen nagenoeg 40 km/h stof (of liewer rook) in die oë van twee mededingers geskop het.
Só het stoom hom op die treinspoor op land gevestig. Sy verowering van die see met stoomskepe is weer 'n ander verhaal. En sy rol as kragopwekker vir nywerhede is nog lank nie uitgespeel nie.
Ons kan maar sê stoom stoom voort—en dis goed so, want ons moderne lewe wentel steeds baie doeltreffend om hierdie onsigbare vorm van water.
BO: Die stoomtrein soos ook mense van die ouer geslagte in Suid-Afrika
hom sal bly onthou.
Foto: US Union Pacific Museum archives / PD
Pret met stoom
Maak jou eie stoombootjie
'N DOODEENVOUDIGE speelgoedbootjie van hout kan met 'n leë kondensmelkblikkie, twee houtstutjies en 'n kers in 'n werkende stoomboot omskep word.
Alle gaatjies wat reeds in die blikkie is, moet behoorlik toegestop word nadat jy die blikkie deeglik skoon-
gespoel en dit sowat kwart met water gevul het. Boor hierna 'n klein gaatjie in middel van die deksel en heg die blikkie aan 'n speelgoedbootjie soos op die illustrasie. Plaas dan 'n kort, brandende kers onder die blikkie.
Ná 'n rukkie begin die water in die blikkie kook, stoom stroom by die gaatjie uit en die bootjie beweeg. Dit is dieselfde soort stukrag wat vuurpyle aandryf.
BAIE BELANGRIK: Hierdie proef moet met die nodige sorg onder volwasse toesig gedoen word. As enige waterhouer sonder 'n behoorlike uitlaat verhit word, kan dit natuurlik bars. Mieliestronk.com of die skrywer kan op geen wyse aanspreeklik gehou word vir enige beserings, verlies of skade wat kan volg op hierdie proef of enige ander op hierdie CD-ROM nie.