Tipi di macchine a vapore

Schema del primo motore a vapore su cui si basava la rivoluzione industriale. Fonte: Tico1516-jejith, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Il diverso Tipi di macchine a vapore Hanno subito molti cambiamenti nel corso della storia. In sostanza, sono motori a combustione esterna che convertono l'energia termica del vapore acqueo in energia meccanica. 

Sono stati usati per aumentare le bombe, le locomotive, le navi e i trattori, essendo essenziali per la rivoluzione industriale. Attualmente vengono utilizzati per la generazione di energia elettrica utilizzando turbine a vapore.

Un motore a vapore è costituito da una caldaia che viene utilizzata per bollire l'acqua e produrre vapore. Il vapore si espande e spinge un pistone o una turbina, il cui movimento fa il lavoro di girare le ruote o promuovere un altro macchinario.

La prima macchina a vapore fu ideata da Herón de Alejandría nel primo secolo e fu nominata Eolipila. Consisteva in una sfera vuota collegata a una caldaia a cui erano attaccati due tubi curvi. La sfera era piena d'acqua che veniva bollita, causando il fatto che il vapore fosse espulso dai tubi ad alta velocità, girando la palla.

Sebbene l'Eolipila non avesse uno scopo pratico, rappresenta certamente la prima implementazione del vapore come fonte di propulsione.

Tuttavia, la maggior parte dei sistemi che utilizzano il vapore possono essere divisi in due tipi: macchine a pistoni e turbine a vapore. 

Tipi principali di macchine a vapore

1. Macchine a pistone

Le macchine a pistoni usano il vapore pressurizzato. Attraverso pistoni a doppio effetto, il vapore pressurizzato entra in alternativa da ciascun lato, mentre dall'altro viene rilasciato o inviato a un condensatore.

L'energia viene assorbita da una barra scorrevole scorrevole contro il vapore Escape. Questa canna, a sua volta, attiva un'asta di collegamento collegata a una manovella per convertire il movimento alternativo in un movimento rotante.

Può servirti: le 14 caratteristiche di Excel più importanti

Inoltre, un'altra manovella viene utilizzata per agire l'ingranaggio della valvola, di solito attraverso un meccanismo che consente l'investimento del movimento rotante.

Quando viene utilizzata una coppia di pistoni a doppio effetto, l'avanzamento della manovella viene spostato con un angolo di 90 gradi. Ciò garantisce che il motore funzionerà sempre, indipendentemente dalla posizione della manovella.

2. Motori di espansione multipla

Un altro tipo di macchina a vapore utilizza diversi semplici cilindri di azione che aumentano progressivamente il diametro e il movimento. Il vapore ad alta pressione della caldaia viene utilizzato per aumentare il primo pistone di diametro più piccolo.

Nel movimento ascendente, il vapore parzialmente ampliato viene azionato all'interno di un secondo cilindro che sta iniziando il suo movimento discendente. Ciò genera un'ulteriore espansione di una pressione relativamente alta rilasciata nella prima fotocamera.

Inoltre, la camera intermedia si scarica nella camera finale, che a sua volta viene rilasciata in un condensatore. Una modifica di questo tipo di motore, incorpora due pistoni più piccoli nell'ultima fotocamera.

Lo sviluppo di questo tipo di motore era importante per l'uso nelle navi a vapore, poiché il condensatore, che si riprendeva un po 'di potenza, trasformò di nuovo il vapore in acqua per il riutilizzo nella caldaia.

Le macchine a vapore terrestre potrebbero esaurire gran parte del loro vapore e riempire una torre d'acqua dolce, ma in mare questo non era possibile.

Prima e durante la seconda guerra mondiale, il motore di espansione veniva utilizzato nei veicoli marini che non avevano bisogno di andare ad alta velocità. Tuttavia, quando era necessaria una maggiore velocità, è stata sostituita dalla turbina a vapore.

Può servirti: variabile (programmazione): caratteristiche, tipi, esempi

3. Motore uniflow o flusso uniforme

Un altro tipo di pistone è il motore uniflow o un flusso uniforme. Questo tipo di motore utilizza il vapore che scorre solo in una direzione in ogni metà del cilindro.

L'efficienza termica si ottiene avendo un gradiente di temperatura lungo il cilindro. Il vapore entra sempre attraverso le estremità calde del cilindro e si spegne dalle aperture al centro del dispositivo di raffreddamento.

Ciò si traduce in un relativo riscaldamento e raffreddamento delle pareti del cilindro.

Nei motori uniflow, l'ingresso a vapore è generalmente controllata da valvole a bastine (che funzionano simili a quelle utilizzate nei motori a combustione interna) gestiti da un albero a camme.

Le valvole di input si aprono per ammettere il vapore quando viene raggiunto il volume minimo di espansione all'inizio del movimento.

In un momento specifico nel ritorno della manovella, il vapore entra e l'ingresso della boccola viene chiuso, consentendo la continua espansione del vapore, azionando il pistone.

Alla fine del movimento, il pistone scoprirà un anello di fori di scarico attorno al centro del cilindro.

Questi fori sono collegati al condensatore, abbassando la pressione nella camera e causando un rilascio rapido. La rotazione continua della manovella è ciò che si sposta sul pistone.

4. Turbine a vapore

Le turbine a vapore ad alta potenza usano una serie di dischi rotanti che contengono una sorta di pale di tipo elica al suo bordo esterno. Questi dischi mobili o rotori si alternano con anelli o statori fissi, fissati alla struttura della turbina per reindirizzare il flusso di vapore.

Può servirti: termometro: parti e funzioni principali

A causa dell'elevata velocità operativa, tali turbine sono normalmente collegate a un ingranaggio di riduzione per guidare un altro meccanismo, come l'elica di una nave.

Le turbine a vapore sono più durevoli e richiedono meno manutenzione rispetto alle macchine a pistoni. Producono anche forze di rotazione più morbide sul loro asse di uscita, il che contribuisce a una manutenzione inferiore e ai requisiti di usura più bassi.

L'uso principale delle turbine a vapore è nelle stazioni di generazione di elettricità, dove la sua alta velocità di funzionamento è un vantaggio e il suo volume relativo non è uno svantaggio.

Sono anche usati nelle navi marine, promuovendo navi grandi e sottomarine. Praticamente, tutte le centrali nucleari generano elettricità riscaldando l'acqua e l'alimentazione delle turbine a vapore.

5. Motori di propulsione

C'è un motore di propulsione subacqueo che utilizza un vapore ad alta pressione per attirare l'acqua attraverso un colpo nella parte anteriore ed espellerlo ad alta velocità dalla parte posteriore.

Quando il vapore si condensa nell'acqua, viene creata un'onda d'urto che espelle l'acqua dietro.

Per migliorare l'efficienza del motore, questo attira aria attraverso una mancanza di respiro davanti al getto a vapore, che produce bolle d'aria e cambia il modo in cui il vapore viene miscelato con acqua.

Riferimenti

1. Come funzionano i motori a vapore. Recuperato dalla scienza.Howstuffwork.com.
2. Motore a vapore. Recuperato da Newworldyclopedia.org.