Scalda l'acqua al suo punto di ebollizione e cambia dall'essere un liquido per diventare il gas o il vapore acqueo che conosciamo come vapore. Quando l'acqua diventa vapore il suo volume aumenta di circa 1.600 volte, quell'espansione è piena di energia.
Un motore è una macchina che converte l'energia in forza meccanica o movimento che può girare pistoni e ruote. Lo scopo di un motore è quello di fornire energia, un motore a vapore fornisce energia meccanica utilizzando l'energia del vapore.
Motori a vapore furono i primi motori di successo inventati e furono la forza trainante dietro rivoluzione industriale. Sono stati usati per alimentare i primi treni, navi, fabbriche e anche le macchine. E mentre i motori a vapore erano decisamente importanti in passato, ora hanno anche un nuovo futuro nel fornirci energia con fonti di energia geotermica.
Come funzionano i motori a vapore
Per capire un motore a vapore di base, prendiamo l'esempio del motore a vapore trovato in una vecchia locomotiva a vapore come quella raffigurata. Le parti di base del motore a vapore in una locomotiva sarebbero una caldaia, una valvola a saracinesca, un cilindro, un serbatoio del vapore, un pistone e una ruota motrice.
Nella caldaia, ci sarebbe un focolare in cui verrebbe spalato il carbone. Il carbone sarebbe continuato a bruciare a una temperatura molto elevata e utilizzato per riscaldare la caldaia per far bollire l'acqua producendo vapore ad alta pressione. Il vapore ad alta pressione si espande ed esce dalla caldaia attraverso i tubi del vapore nel serbatoio del vapore. Il vapore viene quindi controllato da una valvola a scorrimento per spostarsi in un cilindro per spingere il pistone. La pressione dell'energia del vapore che spinge il pistone fa girare la ruota motrice in un cerchio, creando movimento per la locomotiva.
Storia dei motori a vapore
Gli umani sono consapevoli del potere del vapore da secoli. Ingegnere greco, Eroe di Alessandria (circa 100 d.C.), sperimentò il vapore e inventò l'eolipile, il primo ma molto grezzo motore a vapore. L'eolipile era una sfera di metallo montata sopra un bollitore d'acqua bollente. Il vapore viaggiava attraverso i tubi fino alla sfera. Due tubi a forma di L sui lati opposti della sfera rilasciavano il vapore, che dava una spinta alla sfera che la faceva ruotare. Tuttavia, Hero non realizzò mai il potenziale dell'eolipile e passarono secoli prima che venisse inventato un pratico motore a vapore.
Nel 1698, ingegnere inglese, Thomas Savery brevettato il primo motore a vapore grezzo. Savery usò la sua invenzione per pompare acqua da una miniera di carbone. Nel 1712, ingegnere inglese e fabbro, Thomas Newcomen ha inventato il motore a vapore atmosferico. Lo scopo del motore a vapore di Newcomen era anche quello di rimuovere l'acqua dalle miniere. Nel 1765, un ingegnere scozzese, James Watt iniziò a studiare il motore a vapore di Thomas Newcomen e inventò una versione migliorata. Fu il motore di Watt che fu il primo ad avere un movimento rotatorio. Il design di James Watt fu quello che ebbe successo e l'uso dei motori a vapore divenne molto diffuso.
I motori a vapore "hanno avuto un profondo impatto sulla storia dei trasporti. Alla fine del 1700, gli inventori si resero conto che i motori a vapore potevano alimentare le barche e la prima nave a vapore di successo commerciale fu inventata da George Stephenson. Dopo il 1900, i motori a combustione interna a benzina e diesel iniziarono a sostituire i motori a pistoni a vapore. Tuttavia, i motori a vapore sono riapparsi negli ultimi vent'anni.
Motori a vapore oggi
Potrebbe essere sorprendente sapere che il 95 percento di energia nucleare gli impianti utilizzano motori a vapore per generare energia. Sì, le barre di combustibile radioattivo in una centrale nucleare vengono utilizzate proprio come il carbone in una locomotiva a vapore per far bollire l'acqua e creare energia a vapore. Tuttavia, lo smaltimento delle barre di combustibile radioattivo esaurito, la vulnerabilità delle centrali nucleari ai terremoti e ad altre problematiche mettono a rischio il pubblico e l'ambiente.
L'energia geotermica è l'energia generata usando il vapore prodotto dal calore che emana dal nucleo fuso della terra. Le centrali geotermiche sono relativamente tecnologia verde. Kaldara Green Energy, un produttore norvegese / islandese di apparecchiature per la produzione di energia elettrica geotermica, è stato il principale innovatore nel settore.
Le centrali solari termiche possono anche utilizzare turbine a vapore per generare energia.