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Máquina de vapor

Máquina de vapor

Una máquina de vapor es un dispositivo que produce energía mecánica mediante el uso, de vapor de agua. En particular, se transforma, por medio del vapor, la energía térmica en energía mecánica. El calor se produce típicamente con el carbón, pero también puede provenir de la madera, los hidrocarburos o las reacciones nucleares.

Historia de las máquinas de vapor

Ya en el período helenístico habla de experimentos para aprovechar la expansión de los compuestos debido al cambio de la fase líquida de fase (vapor) para el gas: en particular, la " célula de Aeolus de la garza , una esfera hueca de metal lleno de agua, con los brazos tangencial con el orificio de salida: cuando se calienta el agua, este se vaporiza y el vapor de agua que sale de los orificios, mediante la rotación de la propia pelota.

También debe recordar los intentos de utilizar el vapor de Leonardo da Vinci con su coche llamado el " Archituono , y en 1606 los experimentos Giovanni Battista della Porta que fueron capaces de utilizarlo como una fuerza impulsora . Experimentos similares a los de Della Porta también fueron hechas por el ingeniero de Salomon de Caus , quien en 1615 publicó un tratado en su sistema que contiene una bomba de vapor.

En tiempos más recientes, las primeras aplicaciones de vapor se pueden remontar de nuevo a los experimentos de Denis Papin y su olla a presión de 1679 desde donde se fue a concebir ideas sobre cómo desarrollar el uso de vapor. Las solicitudes posteriores han ocurrido al inicio del siglo XVIII , especialmente para el bombeo de agua de las minas, con el sistema ideado en 1698 por Thomas Savery utilizando el vacío creado por la condensación del vapor introduce en un recipiente (que fue utilizado para elevar el agua hasta aproximadamente 10 m de altura), y además, gracias a la invención del sistema de cilindro-pistón (probablemente debido a Denis Papin), convertir en movimiento mecánico, capaz de generar trabajo, la energía del vapor. El primer ejemplo de aplicación industrial de este concepto es la máquina de Newcomen , de 1705 , que era grande, sin embargo, no es muy potente y caro, y sobre todo funcione sólo un movimiento de vaivén, por esta razón, por lo tanto, también se suele utilizar sólo para el «extracción de agua de las minas.

Al principio de la máquina de vapor de trabajo a baja presión, es decir, como se produce el vapor inmediatamente salió desde la caldera hasta el cilindro; estos motores eran consecuencia enormes en comparación con la potencia suministrada; la instalación de vehículos autopropulsados, por lo tanto, requiere el diseño de motores más pequeños y más ligeros para la misma potencia; por esta razón que se crearon, motores de alta presión, o que la presión acumulada dentro de la caldera en lugar de expulsar el vapor de agua en el cilindro de medida que se produce. Sólo más tarde, sin embargo, gracias a la invención del condensador externo, la distribución de los cajones y mecanismo de biela-manivela (que le permite crear un movimiento de rotación en lugar de simplemente como una alternativa hasta entonces), todos atribuidos a James Watt de 1765 , se ha sido capaz de pasar de aplicaciones esporádicas de uso general en el transporte y las industrias. El de Watt costo de la máquina reducido, tamaño y consumo de energía, y aumentó la potencia disponible. Desde el primer modelo con 4,4 k W que ha pasado en menos de 20 años locomotoras de 0,4 M W.

La máquina de vapor, lo que permite mucho mayores poderes que hasta ahora disponibles (un caballo que corre puede producir 8 kW para distancias cortas, pero para trabajar un día no puede producir más de 0,7 kW), ha jugado un papel clave en la revolución industrial . El desarrollo de la máquina de vapor ha facilitado la extracción y transporte de carbón, y por lo tanto la disminución de los costos, que a su vez ha aumentado el potencial de la máquina de vapor. La segunda aplicación de la máquina de vapor era mover los fuelles en las fundiciones en 1776 , mientras que por el 1787 también se utiliza en prendas de algodón para hilar.

 

La incidencia de la máquina de vapor es obvia: la producción mundial de carbón pasó de 6 T g de 1769 a la 65 T g de 1819 ; hierro (necesario para la « acero ) por 40 G g de 1780 a la 700 G g de 1830 . En 1830 había 15.000 máquinas de vapor en Inglaterra, incluyendo 315 barcos de vapor . Desde 1860 un científico francés, Augustin Mouchot , comenzó a estudiar diversas maneras, a través del " energía solar , para alimentar las máquinas de vapor.

Descripción de las máquinas de vapor

Puesto que el vapor de agua se obtiene mediante la administración de calor al agua líquida, una parte esencial del sistema que incluye la máquina de vapor es el generador de vapor, o de la caldera. El vapor se envía entonces al motor, que puede ser de dos tipos básicos: alternativo o rotativo. Esto por lo general se utiliza la locución del motor de vapor sólo para los motores alternativos, mientras que las de tipo rotativo se define turbinas.

En la alternativa en la rueda de género mueve las válvulas de accionamiento que permiten explotar los dos lados de cada pistón, por lo que en cada rotación del motor tiene dos fases activas, mientras que los motores de combustión interna tienen generalmente una expansión cada 4 tarifas . A partir de la segunda mitad de 1800 casi todas las máquinas de vapor utilizan dos, tres y hasta cuatro cilindros en serie para motores de expansión doble y triple expansión, (ver foto); las diferentes etapas de trabajo con la disminución de la presión de vapor a fin de aprovechar mejor la presión de la descarga de las etapas anteriores, que todavía contiene una cierta potencia.

En particular, la solución de triple expansión fue universalmente adoptada por todos los buques en la segunda mitad de los 800 y los primeros 900. Por ejemplo, el trasatlántico Titanic estaba equipado con dos máquinas de vapor de triple expansión, uno para cada una de las dos hélices laterales de cuatro cilindros, una alta presión, uno a presión intermedia y dos de baja presión. En lugar de la hélice central estaba conectada a una turbina de vapor accionada por el vapor muy baja presión descargado desde los dos motores alternativos. Sólo la turbina solución (adoptada empezando por los buques militares desde 1905) habría suplantado por completo en los motores alternativos marinos antes de estar a su vez sustituidos por motores de combustión interna y turbinas de gas. Las turbinas de vapor permanecen en uso sobre todo en las plantas de energía como fuerza motriz para el accionamiento de los alternadores trifásicos.

De hecho, en las aplicaciones tradicionales, hoy en día la máquina de vapor ha sido casi completamente reemplazado por el motor de combustión interna, que es más compacto y de gran alcance y no requiere la fase de precalentamiento para poner la caldera en la presión, lo que resulta en un retraso antes para ser capaz de utilizar el mismo motor.

Están en solución desarrollada recientemente para la aislada y pequeñas potencias, (5-300 kW ), los motores alternativos a muy atractiva vapor de bucle cerrado, que, gracias a la adopción de materiales de alta tecnología (cerámica, materiales compuestos, superaleaciones) y el uso de extremadamente pequeñas masas de agente de fluido (y la ayuda de sistemas informatizados para ciclo), se obtienen vaporización extremadamente rápido y condensación, y vuelve apreciables, con un mecanismo mecánico y fluidistico extremadamente simplificado. Una cobertura del problema de la lubricación que contamina el vapor, que siempre ha plagado todos los tipos de máquinas de vapor (el aceite se emulsiona en vapor de agua) se adopta con éxito el mismo fluido ciclo (agua) como lubricante. Dada la compacidad del sistema, y ​​una excelente ductilidad y la versatilidad de uso (el motor no está ligado a un combustible específico), es posible utilizar para el transporte.

Las máquinas de vapor Papin

Denis Papin hizo en los estudios de medicina en Angers. Anteriormente ella trabaja con Christian Huygens en Leiden, donde se intenta desarrollar una bomba de aire. En 1679 inventó la olla a presión, en el momento de depositar, la patente con las palabras "presentar aquí" digestor "hace que una gran cantidad de cantidad digeribles de los alimentos, incluyendo la carne dura". Después trabajó durante algún tiempo con Robert Boyle, volver más tarde con Huygens en 1680. Después de una estancia en Venecia como director de las prácticas en la ' Academia Ambrosio Sarrotti, y luego a la Royal Society de Londres, fue nombrado profesor de matemáticas en Marburg.

En este punto, a partir de la experiencia de la olla a presión, Papin construye su primera máquina de vapor: un barco de vapor en 1707. Pero esta magnífica invención implica muchas controversias por los barqueros que amenazan con destruir el barco. Papin regresó más tarde finalmente a Inglaterra, donde, a pesar de la nueva investigación, los recursos están disminuyendo.

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Última revisión: 23 de noviembre de 2016