LA MÀQUINA DE VAPOR

1. LA MÀQUINA DE VAPOR

2. p Q Q p 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.

3. Història: Màquines atmosfèriques 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. • 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. Hemisferios de Magdeburgo

4. 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

5. 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

6. Història: Màquines atmosfèriques Màquina de Newcomen

7. Història: La revolució de Watt Les 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)

8. Història: La revolució de Watt Màquina de Watt

9. 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.

10. 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

11. 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 Watt Màquines 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

12. Màquina de vapor: Elements Sistema de canvi de la vàlvula corredera: manuvelles conectades a la barra de la vàlvula corredera, que al ser accionades por un resort situata 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. Espirall d’entrada i sortida del vapor Contenidor de la vàlvula corredera Vàlvula corredera (8):; permet la sortida del vapor d’un costat o de l’altre del pistó alternativament Cilindre (1) Pistó o èmbol Biela Manovella Volant d’inercia Caldera Vàlvula d’entrada del vapor al contenidor

13. Màquina de vapor: Funcionament Màquina de vapor de doble efecte

14. Màquina de vapor: Funcionament

15. Màquina de vapor: Funcionament

16. 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

17. 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