I motori a vapore, un tempo motore dell’industrializzazione, funzionano secondo il principio della conversione dell’energia termica in energia meccanica sfruttando l’espansione del vapore. Il processo prevede una serie di passaggi:
1. Generazione di vapore :
- I motori a vapore richiedono una fonte di calore, tipicamente caldaie alimentate dalla combustione di carbone o altri combustibili.
- L'acqua all'interno della caldaia viene riscaldata fino a raggiungere il punto di ebollizione, trasformandosi in vapore.
- Il vapore generato è ad alta pressione e ad alta temperatura.
2. Pistone e cilindro :
- La macchina a vapore è costituita da una camera cilindrica chiamata cilindro, all'interno della quale un pistone aderente può muoversi avanti e indietro.
- Il pistone è fissato ad uno stelo che trasmette il suo movimento al macchinario desiderato.
3. Ingresso Steam :
- Quando il pistone si trova a un'estremità del cilindro, una valvola chiamata valvola di ammissione del vapore si apre, consentendo al vapore ad alta pressione proveniente dalla caldaia di fluire nel cilindro.
4. Movimento del pistone :
- La forza del vapore in entrata spinge il pistone verso l'altra estremità del cilindro.
- Il movimento del pistone converte la pressione del vapore in lavoro meccanico.
5. Esaurimento del vapore :
- Una volta che il pistone raggiunge la fine della sua corsa, la valvola di ammissione del vapore si chiude e la valvola di scarico del vapore si apre.
- Il vapore intrappolato all'interno del cilindro viene rilasciato, spesso in un condensatore per recuperare calore.
6. Ciclo ripetuto :
- Dopo l'esaurimento del vapore, un meccanismo di inversione sposta una valvola a cassetto o cambia la direzione del flusso di vapore, consentendo al vapore di entrare nel lato opposto del pistone.
- Il processo si ripete, con il vapore che spinge indietro il pistone nella direzione opposta.
7. Biella e manovella :
- Il movimento avanti e indietro del pistone viene convertito in movimento rotatorio attraverso una biella collegata ad un albero motore.
- L'albero motore ruota mentre il pistone si muove, fornendo una fonte continua di energia in grado di azionare vari macchinari, come ruote, pompe e attrezzature di fabbrica.
In sintesi, i motori a vapore utilizzano il calore per generare vapore, che aziona un pistone avanti e indietro all’interno di un cilindro. Il movimento del pistone viene convertito in movimento rotatorio attraverso un albero a gomiti, producendo energia meccanica in grado di alimentare un'ampia gamma di macchine e dispositivi. I progressi tecnologici e la diffusione di motori più efficienti, in particolare quelli a combustione interna, portarono infine al declino dei motori a vapore alla fine del XIX secolo.
