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Machine à vapeur
Machine à vapeur

un moteur à vapeur Il est un dispositif qui produit énergie mécanique en utilisant, de diverses manières, la vapeur d'eau. En particulier, il se transforme, au moyen de vapeur, énergie thermique en énergie mécanique. La chaleur est généralement produit avec le charbon, mais il peut aussi provenir bois, des hydrocarbures ou réactions nucléaires.

histoire

Machine à vapeur
Les premières expériences

déjà en période hellénistique Il raconte l'histoire d'expériences conçues pour tirer profit de l'expansion des composés en raison du changement de la phase liquide phase (phase vapeur) soude: En particulier 'cellule Aeolus de héron, une boule métallique creuse remplie d'eau, avec des bras tangentiels prévus avec le trou de sortie: Lorsqu'il est chauffé de l'eau, ceci est vaporisée et la vapeur d'eau sortant des trous, en faisant tourner le ballon lui-même.

Une attention particulière devrait également être les tentatives d'utiliser la vapeur Leonardo da Vinci avec sa machine appelée 'Archituono, et 1606 expériences Giovanni Battista della Porta qui a réussi à l'utiliser comme une force motrice. Des expériences similaires à celles de Della Porta ont également été faites par l'ingénieur Salomon de Caus, que, en 1615, il publie un traité sur son système contenant une pompe à vapeur.

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Pompe à vapeur Thomas Savery

Plus récemment, les premières applications de vapeur remontent aux expériences de Denis Papin et son autocuiseur la 1679 qui a donné lieu à concevoir des idées sur la façon de développer l'utilisation de la vapeur. Les applications ultérieures ont eu lieu au début XVIIIe siècle, en particulier pour le pompage de l'eau des mines, avec le système mis au point en 1698 de Thomas Savery en utilisant le vide créé par la condensation La vapeur injectée dans un récipient (qui a été utilisé pour soulever l'eau jusqu'à environ 10 m de haut), et en outre, grâce à l'invention du système cylindre-piston (probablement en raison de Denis Papin), la conversion en un mouvement mécanique, capable de générer du travail, l'énergie de la vapeur. Le premier exemple d'application industrielle de ce concept est la la machine Newcomen, la 1705, qui, cependant, il était grand, pas très puissant, coûteux, et surtout opéré seulement un mouvement alternatif, pour cette raison a donc aussi été généralement utilisé pour l'extraction de l'eau des mines.

Au début du moteur à vapeur travaillant à basse pression, à savoir que la vapeur a été produit immédiatement, il est sorti de la chaudière au cylindre; ces moteurs étaient par conséquent énorme par rapport à la puissance fournie; installation de véhicules automoteurs alors nécessaire la conception des moteurs plus petits et plus légers à la même puissance; pour cette raison, ils ont été créés à des moteurs à haute pression, à savoir que la pression accumulée dans la chaudière plutôt que l'éjecter dans le cylindre comme il a été produit. Seulement plus tard, cependant, grâce à l'invention du condensateur externe, le tiroir de distribution et mécanisme bielle-manivelle (Ce qui a permis de créer un mouvement de rotation au lieu de seule alternative que jusque-là), tous attribués à James Watt de 1765, Il a été en mesure de passer d'applications sporadiques pour une utilisation générale dans les transports et les industries. la Machine Watt réduction des coûts, la taille et la consommation d'énergie, et l'augmentation de la puissance disponible. Dès le premier modèle avec 4,4 kW il est passé en moins de 20 ans de 0,4 locomotives MW.

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Moteur à vapeur Thomas Horn, exposé à Musée des sciences et de la technologie Leonardo da Vinci Milan.

Le moteur à vapeur, ce qui permet beaucoup plus de pouvoirs que ceux disponibles jusqu'à présent (un cheval de course peut produire 8 kW pour de courtes distances, mais pour travailler un jour ne peut pas produire plus de 0,7 kW), a joué un rôle clé dans la révolution industrielle. Le développement du moteur à vapeur a facilité l'extraction et le transport du charbon, et donc la diminution du coût, ce qui a augmenté le potentiel du moteur à vapeur. La deuxième application du moteur à vapeur a été de déplacer le soufflet en fonderies en 1776, tandis que de 1787 il a également été utilisé dans cotons à tourner.

L'incidence du moteur à vapeur est évidente: la production mondiale de charbon est passé de 6 Tg la 1769 à 65 Tg la 1819; fer (nécessaire pour 'acier) 40 solg la 1780 700 solg la 1830. en 1830 Il y avait 15.000 machines à vapeur au Royaume-Uni, y compris 315 steamers. à partir de 1860 un scientifique français, Augustin Mouchot, Il a commencé à étudier diverses façons, en utilisant le 'énergie solaire, pour alimenter les moteurs à vapeur.

description

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Moteur à vapeur en action
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Schéma montrant les quatre étapes dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif
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Animation d'un moteur à triple expansion simplifiée. La vapeur à haute pression (rouge) pénètre dans la chaudière, traverse le moteur et est libéré dans le condenseur en tant que vapeur à basse pression (bleu).

Etant donné que l'obtention de la vapeur d'eau par l'administration de la chaleur à l'eau liquide, une partie essentielle du système qui comprend le moteur à vapeur est le générateur de vapeur, ou de la chaudière. La vapeur est ensuite envoyé vers le moteur, qui peut être de deux types: à mouvement alternatif ou rotatif. Il utilise habituellement le terme moteur à vapeur seulement pour les moteurs à mouvement alternatif, alors que ceux des turbines sont définies de type rotatif.

En variante, en général la roue déplace les vannes actionnées qui permettront d'exploiter les deux côtés de chaque piston, de sorte que dans chaque rotation unique du moteur vous avez deux phases actives, alors que les moteurs à combustion interne ont généralement une expansion tous les 4 temps . A partir de la seconde moitié de 1800 presque tous les moteurs à vapeur de deux, trois et même quatre cylindres en série pour les moteurs à double extension et triple expansion, (voir image); les différentes étapes de travail avec la diminution de la pression de vapeur de manière à mieux exploiter la pression de la décharge des étapes précédentes, qui contiennent encore une certaine puissance.

En particulier, la solution triple expansion a été adopté universellement par tous les navires dans la seconde moitié du 800 et le début du « 900. Par exemple, le transatlantique titanesque Il est équipé de deux moteurs à vapeur de détente triples, une pour chacune des deux hélices latérales à quatre cylindres, une haute pression, à une pression intermédiaire et basse pression deux. Au lieu de l'hélice centrale est reliée à une turbine à vapeur entraînée par la vapeur d'eau très basse pression évacué des deux moteurs alternatifs. Juste la turbine de solution (adoptée à partir des navires militaires à partir de 1905) serait complètement supplanté dans les moteurs alternatifs de champ marins avant d'être à son tour supplanté par des turbines à combustion interne et de gaz moteurs. Les turbines à vapeur sont toujours utilisés en particulier dans les centrales électriques en tant que force d'entraînement pour entraîner les alternateurs triphasés.

En fait, dans les applications traditionnelles, aujourd'hui le moteur à vapeur a été presque complètement remplacé par le Moteur à combustion interne, dont il est plus compact et puissant et ne nécessite pas la phase de préchauffage pour mettre la chaudière sous pression, ce qui entraîne un retard avant de pouvoir utiliser le même moteur.

Ils sont plutôt dans une solution nouvellement développée pour isolée, et de petites puissances, (5-300 kW), Moteurs à pistons à vapeur à boucle fermée très attractive, qui, grâce à l'adoption de matériaux de haute technologie (céramiques, composites, superalliages), et l'utilisation des masses extrêmement faibles d'agent fluide (et de l'assistance au cycle des systèmes informatisé), on obtient la vaporisation et la condensation extrêmement rapide, et des rendements appréciables, avec un mécanisme mécanique et fluidistico extrêmement simplifié. Une couverture du problème de la lubrification qui pollue la vapeur, qui a toujours en proie à tous les types de machines à vapeur (l'huile émulsionne dans de la vapeur) est adoptée avec succès le même fluide de cycle (l'eau) en tant que lubrifiant. Compte tenu de la compacité du système, et une excellente ductilité et la polyvalence d'utilisation (le moteur est lié à un carburant spécifique), il est possible d'utiliser pour le transport.

Les machines à vapeur à Papin

Denis Papin il a étudié la médecine à Angers. Travaux antérieurs avec Christian Huygens à Leyden, où les tentatives de développer une pompe à air. En 1679, il a inventé le autocuiseur, déposer à l'époque, la brevet avec « ici présent « digesteur », il fait beaucoup de quantité à digérer la nourriture, y compris la viande dure ». Après avoir travaillé pendant un certain temps avec Robert Boyle, revenir plus tard avec Huygens en 1680. Après un séjour à Venise en tant que directeur des pratiques Académie Ambrosio Sarrotti, puis royal Society Londres, a été nommé professeur de mathématiques à Marburg.

À ce stade, à partir de la cocotte-minute, Papin construit son premier moteur à vapeur: un bateau à vapeur en 1707. Mais cette superbe invention implique de nombreux différends par Battellieri qui menacent de détruire le bateau. Papin est revenu plus tard, enfin en Angleterre, où, en dépit de la nouvelle recherche, les ressources diminuent.

notes


bibliographie

  • Salomon de Caus, La raison des forces mouvantes, ed Jean Norton., Francfort, 1615, Paris, 1624
  • Carlo Abate, La locomotive à vapeur, Milan, Hoepli, 1924
  • Antonio Capetti, Machines à vapeur, Turin, V. Giorgio, 1963
  • Carlo Bramanti, Le moteur à vapeur, Albino, Sandit, 2009, ISBN 978-88-95990-25-5

Articles connexes

  • Denis Papin
  • Moteur composé
  • cycle de Rankine
  • Vilebrequin poussée rotatif
  • Moteur à combustion interne
  • Vous pouvez également tracteur

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liens externes

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