Màquina de vapor
De Wikipedia, l'enciclopèdia lliure
Una màquina de vapor
és un motor de combustió externa que transforma la energia tèrmica d'una quantitat de vapor d'aigua en energia mecànica. En essència, el cicle de treball es realitza en dues etapes:
- Es genera vapor d'aigua en una caldera tancada per escalfament, la qual cosa produeix l'expansió del volum d'un cilindre empenyent un pistó. Mitjançant un mecanisme de biela - manovella, el moviment lineal alternatiu del pistó del cilindre es transforma en un moviment de rotació que acciona, per exemple, les rodes d'una locomotora o el rotor d'un generador elèctric. Una vegada aconseguit el final de carrera l'èmbol retorna a la seva posició inicial i expulsa el vapor d'aigua utilitzant la energia cinètica d'un volant d'inèrcia.
- El vapor a pressió es controla mitjançant una sèrie de vàlvulas d'entrada i sortida que regulen la renovació de la càrrega; és a dir, els fluxos del vapor cap a i des del cilindre.
El motor o màquina de vapor es va utilitzar extensament durant la Revolució Industrial, en el desenvolupament de la qual va tenir un paper rellevant per moure màquines i aparells tan diversos com a bombes, locomotores, motors marins, etc. Les modernes màquines de vapor utilitzades en la generació d'energia elèctrica no són ja de èmbol o desplaçament positiu com les descrites, sinó que són turbomáquinas; és a dir, són travessades per un flux continu de vapor i reben la denominació genèrica de turbines de vapor. En l'actualitat la màquina de vapor alternativa és un motor molt poc usat excepte para serveis auxiliars, ja que s'ha vist desplaçat especialment pel motor elèctric en la maquinària industrial i pel motor de combustió interna en el transport.
Contingut |
Evolució històrica
de la Revolució Industrial que impulsa a l'actualitat. En la màquina de vapor es basa la Primera Revolució Industrial que des de finalitats del segle XVIII a Anglaterra i des de gairebé intervinguts del segle XIX va accelerar portentosament el desenvolupament econòmic de molts dels principals estats de Europa Occidental i dels Estats Units, solament en la interfase que va ocórrer entre 1890 — 1930 la màquina a vapor impulsada per hulla va deixar lloc a altres motors de combustió interna; aquells impulsats per hidrocarburs derivats del petroli. Molts han estat els autors que han intentat determinar la data de la invenció de la màquina de vapor atribuint-la a tal o com inventor; intent que havia estat en va, ja que la història del seu desenvolupament estava plagada de noms propis. Des de la recopilació d'Herón fins a la sofisticada màquina de Watt són multitud les millores que a Anglaterra i especialment en el context d'una incipient Revolució Industrial als segles XVII i XVIII van conduir sense solució de continuïtat des dels rudimentaris primers aparells sense aplicació pràctica a la invenció del motor universal que va arribar a implantar-se en totes les indústries i a utilitzar-se en el transport, desplaçant els tradicionals motors com l'animal de tir, el molí o la pròpia força de l'home. Jerónimo d'Ayanz i Beaumont, militar, pintor, cosmógrafo i músic, però, sobretot, inventor espanyol va registrar en 1606 la primera patent d'una màquina de vapor moderna, per la qual cosa se li pot atribuir la invenció de la màquina de vapor. El fet que el coneixement d'aquesta patent és bastant recent fa que aquesta dada sigui desconeguda per la gran majoria de la gent.
Màquina d'expansió
Afavorit per Joseph Black, ocupat en les investigacions que li conduirien al descobriment de la calor latent, James Watt es va proposar millorar la màquina de Newcomen, descobrint en el curs dels seus experiments que el vapor era una reserva de calor molt més vasta que l'aigua i comprenent que era necessari limitar totes les pèrdues de calor que es produïen en l'artesanal màquina de Newcomen per disminuir el consum de combustible, principal inconvenient d'aquestes màquines. Analitzant el problema va identificar les pèrdues degudes al propi cilindre, a la pràctica de refredar el vapor per aconseguir el buit necessari per moure la màquina i a la pressió residual del vapor. En els seus experiments posteriors, veritables treballs científics, va arribar a la conclusió que el cilindre havia de mantenir-se a la mateixa temperatura que el vapor.
Segons les seves paraules, mentre feia una passejada un esplèndid dissabte a la tarda i meditava sobre la màquina, una idea li va venir al capdavant: com el vapor és un cos elàstic es precipitarà en el buit, i, si es comuniqués el cilindre amb un dipòsit exhaust, es precipitaria en el seu interior on podria condensar-se sense refredar el cilindre. No obstant això, el desenvolupament i perfeccionament del condensador separat va deixar a Watt en la ruïna i en 1765 es va veure obligat a buscar ocupació i abandonar el seu treball fins que, en 1767, John Roebuck va accedir a finançar els seus experiments i l'explotació comercial de la màquina a canvi de les dues terceres parts dels beneficis de la patent que s'obtingués. En 1768 Watt va construir un model que operava de manera satisfactòria, àdhuc imperfecta, i es va presentar l'any següent la sol·licitud de la patent. Després de diferents avatars econòmics, Roebuck es va desprendre de la seva part del negoci en favor de Matthew Boulton i junts Boulton & Watt finalment portarien a la pràctica la invenció de Watt i altres perfeccionaments.
La primera màquina es va construir en Kinneil, prop de Boroughstoness en 1774. A partir de llavors la història de la màquina de vapor serà la de la signatura Boulton & Watt, i gairebé totes les millores que s'introdueixin en ella seran obra del propi Watt; entre unes altres, el paral·lelogram de Watt, l'expansió del vapor, la màquina de doble efecte (en la qual el vapor actua alternativament sobre ambdues cares del pistó), etc.
Primeres temptatives
No se sap amb certesa si aquelles invencions no van passar de ser meres joguines i, encara que s'ha suposat que van ser emprades per moure objectes en els temples durant els rituals, no deixa de sorprendre el fet que des dels temps d'Herón no s'hagin trobat evidències que el vapor s'hagi utilitzat amb un propòsit pràctic, encara que el coneixement del poder del vapor no arribés a perdre's com demostra la descripció de Malmesbury de l'òrgan de Reims que en 1120 es feia sonar per l'aire que escapava d'un dipòsit en el qual era comprimit per "aigua escalfada".
Entre les relíquies de la civilització egípcia trobem el primer registre conegut d'una màquina de vapor en el manuscrit de Herón d'Alexandria titulat Spiritalia seu Pneumatica. Els aparells allí descrits no se sap amb certesa si van ser obra de l'enginy de Herón perquè ell mateix diu en la seva obra que la seva intenció no és una altra que recopilar les màquines que ja eren conegudes i afegir les inventades per ell. Gens en el text indica qui va poder ser l'artífex dels dispositius descrits i se sospita que molts puguin ser, en realitat, obra de Ctesibio, de qui Herón va ser pupil.
La proposició 11 de Pneumatica descriu un altar buit parcialment, ple d'aigua, sobre el qual hi ha una figura en l'interior de la qual hi ha un tub que acaba submergit en l'aigua. En encendre un foc sobre l'altar l'aire del seu interior s'escalfa impulsant l'aigua pel tub, que acaba abocant-se a través de la figura, simulant una libación que finalment sufoca el foc. En la proposició 37 va una mica més enllà i descriu un mecanisme animat pel foc per a l'obertura i el tancament automàtics de les portes d'un temple. En altres proposicions descriu mecanismes similars i fins i tot dos motors a reacció, un per aire calent i un altre per vapor d'aigua, per fer girar les figures d'un altar.
En 1825 el superintendente de l'Arxiu de Simancas va descobrir una publicació de 1695 que relatava que en 1543 Blasco de Garay, oficial de la marina espanyola, en el regnat de Carlos I, va intentar impulsar un vaixell amb rodes de pales mogudes per una màquina de vapor. Del supòsit motor no es tenen dades però si fos cert l'intent hagués estat la primera vegada que una màquina de vapor s'utilitzés amb un propòsit pràctic.
En 1601, Giovanni Battista della Porta descriu un aparell per elevar l'aigua per mitjà del foc, similar al descrit per Herón però emprant vapor d'aigua per impulsar el líquid, i en 1615 Salomón de Caus descriu un aparell similar per fer funcionar una font. Però la primera patent de la qual es té constància documental és de Jerónimo d'Ayanz i Beaumont, que en 1606 registra[1] una màquina de vapor utilitzada amb èxit per al desguàs de les mines de plata de Guadalcanal.
El comú denominador de tots aquests intents és un tub submergit fins a pràcticament el fons del recipient d'aigua per on aquesta ascendeix en incrementar-se la pressió en la superfície lliure del líquid, treballs directament relacionats amb els estudis teòrics de Galileu, Torricelli, Pascal i Von Guericke sobre la pressió atmosfèrica que van conduir a mitjan el segle XVII a l'abandó de la teoria del horror vacui.
La primera màquina va ser inventada per Eduard Somerset, segon marquès de Worcester, en 1663, i per la seva descripció és molt similar, conceptualment, a la font de Caus, si bé de la màquina de Somerset es va construir un model en Vauxhall (prop de Londres) al castell Rawlan entorn de 1665, amb el propòsit d'elevar l'aigua als pisos superiors de la construcció. Amb les especificacions tècniques escrites i les petjades deixades en els murs del castell Dircks —biògraf de Somerset— va poder reconstruir la màquina construïda en Vauxhall.
No obstant això, Somerset no va poder atreure els capitals necessaris per produir i vendre la seva màquina i va morir en la pobresa. Est és, possiblement, el fet que fa que s'hagi atribuït a Thomas Savery la invenció de la màquina de Somerset, sobre la qual va obtenir una patent en 1698. Coneixent, segons afirmen diversos autors, els treballs del seu predecessor i en el qual va influir, sens dubte, el proselitisme realitzat per Savery, qui no va deixar passar ocasió per mostrar la seva màquina. Entre ambdós cal esmentar a Samuel Morland, Maestro Mecànic en la cort de Carlos II i resident en Vauxhall, que va construir i va patentar màquines diverses, entre elles versions millorades de la màquina de Somerset, suggerint Hutton que, en realitat, Savery va poder tenir un major coneixement dels treballs de Morland que els de el propi Somerset.
Malgrat tot, la màquina de Savery es va introduir en les mines angleses de forma molt limitada pel risc d'explosió a causa d'un increment incontrolat de la pressió en la màquina. Desaguliers relata que un treballador ignorant de la naturalesa de la màquina a la qual ell havia afegit una vàlvula de seguretat inventada anys abans per Denis Papin «...va penjar el pes en l'extrem de la romana per obtenir més vapor i treballar més de pressa i va afegir a més un ferro molt pesat amb conseqüències fatals, el vapor no va ser capaç d'aixecar semblant contrapès i acumulant-se a l'interior de la caldera va provocar una gran explosió que va acabar amb la vida del pobre home.» Probablement sigui aquest el primer accident laboral amb una màquina de vapor del que es té constància.
A diferència dels dispositius anteriors, en els quals el vapor actua sobre la pròpia superfície lliure de l'aigua per impulsar-la, Huygens dissenya en 1680 un aparell de pistó en el qual el fluid és l'aire calent produït en una explosió que en refredar-se i contreure's arrossega l'èmbol, elevant un pes. Anys més tard Papin (1690) substitueix l'aire per vapor d'aigua i, fins i tot, en una modificació posterior (1695) dissenya un forn i generador de vapor de gran eficiència, amb el qual aconsegueix importants estalvis de combustible i fins a quatre cops del pistó per minut. Sense saber-ho, Papin es trobava molt prop de desenvolupar la màquina de vapor. No obstant això, en 1705 Leibniz li fa arribar un dibuix de la màquina de Savery i, dos anys, més tard dissenya un nou tipus de màquina per elevar l'aigua, modificació de la de Savery, en la qual abandona el model de Huygens, la qual cosa va suposar una evident reculada.
La màquina a vapor a Espanya
Un dels episodis més interessants de la màquina de vapor a Espanya es va donar en 1783, quan el Comte de Floridablanca va encomanar a Tomás Pérez i Estala, manyà de professió, tasques d'inspecció i assessorament tècnic, una espècie d'espionatge industrial molt propi de l'època. En 1786 va negociar amb Wilkinson, a Anglaterra, l'adquisició clandestina de les peces més importants de tres màquines a vapor.
Vegeu també
Referències
- ↑ García Tàpia, N. i Carrillo Castillo, J. Tecnologia i Imperi. Ed. Nivola, Madrid 2002, p 144
Enllaços externs
- Historia de la màquina a vapor
- Breu història de la Màquina de vapor
- http://www.nodulo.org/ec/2005/n039p24.htm Manuel de la Font Merás: Una mirada als inicis de la màquina de vapor en l'Espanya Imperial]
- El contingut d'aquest article incorpora material d'una entrada de la Enciclopèdia Lliure Universal, publicada en espanyol sota la llicència Creative Commons Compartir-Igual 3.0.
Plantilla:ORDENAR:Maquina de vapordóna:Dampmaskineaneu:Mesin uapvaig veure:Động cơ hơi nước
-
This page is based in an article from Wikipedia (please colaborate or donate).
Reutilization of the present article (modified or copied) is encouraged with the only conditions of adding a link to this page and to keep the same license.