Chauffez l'eau à son point d'ébullition et il change d'être un liquide pour devenir le gaz ou la vapeur d'eau que nous appelons vapeur. Lorsque l'eau devient vapeur, son volume augmente environ 1 600 fois, cette expansion est pleine d'énergie.
Un moteur est une machine qui convertit l'énergie en force ou mouvement mécanique qui peut faire tourner les pistons et les roues. Le but d'un moteur est de fournir de l'énergie, un moteur à vapeur fournit de l'énergie mécanique en utilisant l'énergie de la vapeur.
Machines à vapeur ont été les premiers moteurs à succès inventés et ont été la force motrice derrière le révolution industrielle. Ils ont été utilisés pour alimenter les premiers trains, navires, usines et même les voitures. Et bien que les moteurs à vapeur aient certainement été importants dans le passé, ils ont également un nouvel avenir pour nous fournir de l'énergie avec des sources d'énergie géothermique.
Fonctionnement des moteurs à vapeur
Pour comprendre une machine à vapeur de base, prenons l'exemple de la machine à vapeur trouvée dans une vieille locomotive à vapeur comme celle illustrée. Les pièces de base de la machine à vapeur d'une locomotive seraient une chaudière, une soupape à glissière, un cylindre, un réservoir de vapeur, un piston et une roue motrice.
Dans la chaudière, il y aurait un foyer où le charbon serait pelleté. Le charbon serait brûlé à très haute température et utilisé pour chauffer la chaudière pour faire bouillir de l'eau produisant de la vapeur à haute pression. La vapeur à haute pression se détend et sort de la chaudière par des tuyaux de vapeur dans le réservoir de vapeur. La vapeur est alors contrôlée par une vanne à tiroir pour se déplacer dans un cylindre pour pousser le piston. La pression de l'énergie de vapeur poussant le piston fait tourner la roue motrice en cercle, créant un mouvement pour la locomotive.
Histoire des moteurs à vapeur
Les humains connaissent la puissance de la vapeur depuis des siècles. Ingénieur grec, Héros d'Alexandrie (vers 100 après JC), expérimenté avec de la vapeur et inventé l'aeolipile, la première mais très brute machine à vapeur. L'aeolipile était une sphère métallique montée au sommet d'une bouilloire à eau bouillante. La vapeur a voyagé à travers des tuyaux vers la sphère. Deux tubes en forme de L sur les côtés opposés de la sphère ont libéré de la vapeur, ce qui a donné une poussée à la sphère qui l'a fait tourner. Cependant, Hero n'a jamais réalisé le potentiel de l'éolipile, et des siècles devaient s'écouler avant qu'une machine à vapeur pratique ne soit inventée.
En 1698, ingénieur anglais, Thomas Savery breveté la première machine à vapeur brute. Savery a utilisé son invention pour pomper l'eau d'une mine de charbon. En 1712, ingénieur et forgeron anglais, Thomas Newcomen a inventé la machine à vapeur atmosphérique. Le moteur à vapeur de Newcomen avait également pour but de retirer l'eau des mines. En 1765, un ingénieur écossais, James Watt a commencé à étudier la machine à vapeur de Thomas Newcomen et a inventé une version améliorée. Ce fut le moteur de Watt qui fut le premier à avoir un mouvement rotatif. La conception de James Watt est celle qui a réussi et l'utilisation de machines à vapeur s'est généralisée.
Les moteurs à vapeur ont eu un effet profond sur l'histoire des transports. À la fin des années 1700, les inventeurs ont réalisé que les moteurs à vapeur pouvaient propulser les bateaux et le premier navire à vapeur commercialement réussi a été inventé par George Stephenson. Après 1900, les moteurs à essence et diesel ont commencé à remplacer les moteurs à pistons à vapeur. Cependant, les machines à vapeur ont réapparu au cours des vingt dernières années.
Moteurs à vapeur aujourd'hui
Il peut être surprenant de savoir que 95% des Pouvoir nucléaire les usines utilisent des moteurs à vapeur pour produire de l'électricité. Oui, les barres de combustible radioactif dans une centrale nucléaire sont utilisées comme le charbon dans une locomotive à vapeur pour faire bouillir l'eau et créer de l'énergie à vapeur. Cependant, l'élimination des barres de combustible radioactif usé, la vulnérabilité des centrales nucléaires aux tremblements de terre et à d'autres problèmes font peser de grands risques sur le public et l'environnement.
L'énergie géothermique est l'énergie produite à l'aide de vapeur produite par la chaleur émanant du cœur en fusion de la terre. Les centrales géothermiques sont relativement technologie verte. Kaldara Green Energy, un fabricant norvégien / islandais d'équipements de production d'énergie électrique géothermique, a été le principal innovateur dans le domaine.
Les centrales solaires thermiques peuvent également utiliser des turbines à vapeur pour produire leur énergie.