LA MÀQUINA DE VAPOR

Història: Els principis• Segle I: Màquina de vapor de Herón de Alejandria (aeolipide). Descriu l’aparell per

tancar i obrir portes i fer girar figures d’un temple. Idea de fer pujar aigua per fonts o treure aigua. Segurament copiades del seu mestre Ctesibio. Primeres turbines de gas calent o vapor.

• 1606: Aplicacions de la idea de Heron (o del seu mestre) a treure aigua de mines o fer fonts (1615)

• 1629: Giovanni Branca idea un dispositiu pioner de les turbines mogudes pel vapor per moldre gra

• 1663: Primera màquina de vapor. Somerset utilitza el principi d’Heron per pujar aigua als pisos superiors d’una construcció. No consegueix diners per construir-la i mor pobre.

p pQ Q

Història: Màquines atmosfèriques

Hemisferios de Magdeburgo

•1690. Màquina de Denis Papin (Francia). Disseny igual al de Huygens peró utilitzant vapor que empeny el pistó (el primer en fer-ho). Aplicat pel bombeig d’aigua. Funcionament: Un pistó amb aigua a sota que de forma temporal rep calor, s’evapora i empeny el pistó que després torna enrerre al condensarse el vapor. Després estudia la màquina de Savery-Somerset i s’allunya de les idees que presaiaven la màquina de Watt.

Es diuen així ja que la pressió que fa moure el pistó és l’atmosfèrica (1kg/cm2) quan a l’altre banda hi ha el buit.

• 1644: Torricelli demostra que la pressió atmosfèrica val el pes d’una columna de 760mm de mercuri• 1654: Von Guericke demostra la gran força de l’atmosfera en l’experiment de Magdeburgo. Dos esferes

de 50 cm de diametre unides pel buit entre elles, aguanten la força de 50 caballs estirant.• 1680 Primer dispositiu per aprofitar la força de aire calent (d’una explosió) a través d’un pistó (i no a

través de la mateixa aigua). Al refredar-sei es comprimeix arrosegant el pisto que mou un pes. Principi de la màquiina de Watt feta per Huygens.

Història: Màquines atmosfèriques• 1698- Savery obté la primera patent de

la màquina de Somerset (màquina de fuego) (Inglaterra) inventada en 1663. Primer ús industrial de la màquina de vapor. Bombeig d’aigua en una mina. Caldera envia vapor alternativament en cada costat del pisto de coure. Problemes d’explosió per augment incontrolat de pressió. Es una màquina per condensació o buit. Va ser utilitzada duran uns cent anys.

• 1707- Denis Papin (1647-1714): 1r intent vaixell de vapor, proves sense èxit.

Màquina de Savery

Història: Màquines atmosfèriques• 1712- Màquina de Newcomen

(màquina de vapor atmosfèrica) Perfeccionament de la de Savery. Pistó amb contrapés. Entre 10 i 12 revolucions per minut. Molt combustible ja que el vapor es refreda al propi cilindre i cal sempre escalfar-lo de nou. Moltes pèrdues de calor per refredar l’aigua. Watt ho solucionarà condensant fora el vapor.

• 1736- John Smeaton (1724-1792): Va perfeccionar la màquina de Newcomen

Història: Màquines atmosfèriques

Màquina de Newcomen

Història: La revolució de WattLes màquines a alta pressió condensen el vapor (que servirà per crear el buit i bombejar el vapor) fora del cilindre. La idea de la condensació per fer el buit s’aprofita per arrosegar el vapor del cilindre. Conclusió: el cilindre està a la temperatura del vapor que fa augmentar molt el rendiment• 1768. Primera patent de la màquina de Watt (motor de vapor). Introdueix el distribuidor, el regulador, i la condensació fora del pistó i bomba de buit per desplaçar el vapor del pistó cap al condensador. Aconsegueix convertir el moviment de vaivé a una roda. També se li diu màquina d’expansió.•1774: La firma Boulton&Watt construeixen la primera màquina i faran totes les innovacions durant anys (com la màquina de doble efecte)

Història: La revolució de Watt

Màquina de Watt

Història: Més vapor– 1770 primer intent de fer un automobil de vapor (Nicolas Cugnot)– 1775. Introducció de les màquines de vapor per l’us industrial (Watt i Boulton).– 1785. Primer teler mecànic per Catwright (a Catalunya a 1805) – 1786. Primers vaixells moguts per vapor (John Fitch).– 1789- primera patent d’un carruatge de vapor Oliver Evans (EEUU) (construcció al 1803 del

primer vehicle autopropulsat a EEUU)– 1800. Finalitzen les patents que tenia Watt des de 1769 sobre la màquina de vapor– 1802-03. Intents errats de fer un automòbil a vapor. Per Trevithich. 1820-1840 epoca dorada

de els vehicles a vapor. A causa de les altes cuotes per viatjar en vehicle de vapor (desgastaven molt més les carreteres que un carruatge a cavalls), l’invent de la locomotora, i lleis prohibint l’ús i estudi (1865 a Gran Bertanya), va desapareixer.

– 1804. Richard Trevithich aconsegueix el primer viatge en locomotora sobre els rails d’unes mines i apareix la primera locomotora de vapor ( a 8 km/h)

– 1804- Primers intents d’un vaixell a vapor amb hèlix per John Stevens– 1807. Primer èxit d’un vaixell a vapor a pales de grans dimensions per Robert Fulton a EEUU.

(483 Km en 62 h)– 1814. Impressió del diari The Times amb màquines de vapor.

Història: Vapor, transport i indústria– 1814. Locomotora a vapor de George

Stephenson.(The rocket)– 1825. Primer recorregut públic però no encara

de persones.– 1829. George Stephenson crea la primera

locomotora d’us regular– 1840. Linea regular de Vaixells a vapor a pales

(amb màstil i veles per si el vent era favorable) entre Gran Bretanya i EEUU (1500 CV i 16 Km/h) amb vaixell de fusta

– 1844- Construcció d’un buc de 200 CV a 22 Km/h amb hèlix per John Ericsson i Francis Smith. Vaixells de ferro.

– 1848. Primer viatge a Catalunya amb locomotora. Barcelona-Mataró

Resum història•Pressió de l’aire de la superfície empeny aigua

•Heron i Somerset

Màquines d’expansió.

Força d’aire calent(vapor) empeny un pistó. Al refredar-se, es comprimeix i arrosega el pistó.

Huygens i WattMàquines de compressió o buit.

Vapor a pressió empeny pistó, i al condensar-se arrosega el pistó que bombeja el l’aigua.

Papin, Somerset-Savery i Newcomen.

Turbines de vapor

Màquina de vapor: Elements

CalderaEspirall d’entrada i sortida del vaporVàlvula d’entrada del vapor al contenidorContenidor de la vàlvula correderaVàlvula corredera (8):; permet la sortida del vapor d’un costat o de l’altre del pistó alternativamentCilindre (1)Pistó o èmbolBielaManovellaVolant d’inercia

Sistema de canvi de la vàlvula corredera: manuvelles conectades a la barra de la vàlvula corredera, que al ser accionades por un resort situat a la barra del pistó, fan que canviï de posició la vàlvula, per canviar el moment d’admissió de vapor i per tant de la relació de compressió i per tant de la potència i sentit.

Màquina de vapor: Funcionament

Màquina de vapor de doble efecte

Màquina de vapor: Funcionament

Màquina de vapor: Funcionament

Màquina de vapor: Cicle termodinàmic

• Cicle Rankine•1-2: Líquid que passa de la p del condensador a la p de la caldera

•2-3: Canvi de fase a la caldera.

•3-4: Expansió al pistó

•4-1: Condensació

Màquina de vapor: Actualitat• La màquina de vapor alternativa no disposa de la potència ni la

velocitat necessàries per ser utilitzada a la actualidad. La versió moderna (canviant els pistons per àleps) seria la turbina de vapor.

• Requereix un gran espai per la seva instal·lació.• No pot utilitzar eficientement vapor a elevades temperatures, i per

tant la seva potència és relativament baixa.

Màquina de triple expansión