Video de la Història

Steam Engine's Operation

The steam engine consists of a steam piston/cylinder that moves a large wooden beam to drive the water pump. The engine does not use steam pressure to push up the steam piston! Rather, the system is constructed so that the beam is heavier on the main pump side, and gravity pulls down the main pump side of the beam. Weights are added to the main pump side if necessary. The pumps in Figure 1 expel water on a upward pump piston stroke, in agreement with the pumps used in the equipment at the time, and the discussion follows that design. In order to draw water into the main pump on the right side of the diagram, consider a cycle that starts with the beam tipped down on the right. The cylinder below the steam piston is first filled with atmospheric pressure steam and then water is sprayed into the cylinder to condense the steam. The resulting vacuum pulls the steam piston down, pulling the main pump piston upwards, lifting the water above the main pump piston and filling the lower main pump chamber with water. At the bottom of the steam piston stroke, a valve opens to restore the steam cylinder to atmospheric pressure, and the beam tips down on the right by gravity, permitting the main piston to fall. As the main piston falls, the water from below the piston passes to the chamber above the piston as explained later. Atmospheric pressure steam enters the steam cylinder during this step, enabling the process to be repeated.

Steam Engine's History

One of the most significant industrial challenges of the 1700's was the removal of water from mines. Steam was used to pump the water from the mines. Now, this might seem to have very little to do with modern steam-powered electrical power plants. However, one of the fundamental principles used in the development of steam-based power is the principle that condensation of water vapor can create a vacuum. This brief history discusses how condensation was used to create vacuum for operation of early steam-based pumps, and how James Watt invented the separate condenser. Although the cyclic processes presented in this history are not used in today's continuous flow steam turbines, current systems use separate condensers operating at subatmospheric pressure, adapting the principles explained here. Also, the stories of the inventors and their inventions offer insight into the process of technological discovery.

Components dels motor de vapor

Hi han dos components fonamentals als motors de vapor: la caldera o generador de vapor, i la unitat motriu que, normalment, és anomenada “motor de vapor”. Els dos components poden ser integrats en una unitat simple o poden ser situats a certa distància l'un de l'altre, en una gran varietat de configuracions.
Altres components són comuns a moltes configuracions:

• Bombes (com a injectors) per tal de subministra aigua a la caldera durant la operació.
  
• Condensadors per tal de recircular l'aigua i recuperar així el calor latent de vaporització.
  
• Sobreescalfadors per tal d'augmentar la temperatura del vapor per damunt del seu punt de saturació de vapor
  
• Altres mecanismes per tal d'incrementar el flux a les càmeres de combustió. Quan es fa servir carbó, una cadena o un mecanisme d'empenta per hèlix, juntament amb un accionador pot incloure's per tal de moure el combustible d'un tanc de subministrament a la càmera de combustió.

Aplicacions de la Màquina de vapor

Des de començaments del segle XVIII, les màquines de vapor s'han fet servir per a donar potència a una multitud d'usos. Al principi es feien servir com a bombes de pistó i des que començaren a aparèixer els motors alternatius als anys 1780, també serviren per tal de donar potència a les fàbriques. Al principi del segle XIX, el transport de vapor per terra i per mar començà a aplicar-se amb cada vegada més presència als mitjans de transport.

Es diu que els motors de vapor varen ser la força motriu de la Revolució industrial, essent útils per moure maquinària en fàbriques, molins, estacions de bombeig i aplicacions de transport, com per exemple locomotores, vaixells i vehicles terrestres. El seu ús en agricultura va resultar en un augment de la terra disponible per a ser cultivada.

També solen fer-se servir màquines de molt baixa potència per donar potència a prototips o models, fins i tot existeixen algunes aplicacions anecdòtiques com el rellotge de vapor.

Etapes del funcionament

• Etapa I. En una caldera es genera vapor mitjançant la crema d'algun combustible (antigament fusta o carbó, actualment petroli i gas natural). El vapor és introduït al cilindre arrossegant l'èmbol o pistó.
• Etapa II. Portant a terme un rave de biela-manovella, aquest es pot convertir en un moviment de rotació, per exemple, del rotor d'un generador elèctric.
• Etapa III. Un cop finalitzades les dues etapes, l'èmbol (o pistó) retorna a la seva posició inicial, expulsant el vapor d'aigua. El cicle es controla mitjançant una sèrie de vàlvules d'entrada i de sortida, que regulen la renovació de la càrrega, és a dir, els fluxos del vapor cap al cilindre i des del cilindre.

Desenvolupament

El desenvolupament de la màquina de vapor fou impulsat per la seva aplicació en els camps fonamentals de la industrialització: els transports (ferrocarrils, vaixells) i l'energia de tracció de les indústries. Les primeres màquines de vapor descrites —Giovanni Battista della Porta (1601), Edward Sommerset (1663)— no aconseguiren aplicacions pràctiques. El 1705, Thomas Newcomen, seguint el projecte de Denis Papin, construí una màquina de vapor. Cap a mitjan del segle XVIII, James Watt, intentant de resoldre el problema de la pèrdua d'energia presentà un model ja amb força millores. Durant el segle XIX l'evolució de la màquina aconseguiria un augment de la potència i un estalvi de combustible.