Macchina che trasforma l’energia termica del vapore in energia meccanica.
Macchina che trasforma l’energia termica del vapore in energia meccanica.
Il vapore può essere prodotto dalla combustione di legno, carbone, petrolio, gas naturale o da una reazione nucleare.
Già nell’antichità furono progettate e realizzate macchine che sfruttavano il vapore acqueo per produrre movimento, è il caso della macchina di Erone, che però aveva il semplice valore di una curiosità e non era utilizzata per scopi pratici. Leonardo da Vinci dimostrò che il vapore si poteva usare per compiere un lavoro, e Giovanni Battista della Porta riuscì a usarlo per produrre una forza motrice (1606). Nel 1698 Thomas Savery ideò una pompa che utilizzava il vapore e fu alla base dei sistemi di pompaggio dell’acqua nelle miniere nel secolo successivo. Stessa funzione ebbe la macchina di Newcomen, invenzione del 1705. La prima vera macchina a vapore efficiente, di dimensioni ridotte e potente fu introdotta da James Watt nel 1765. Da allora il suo uso è stato larghissimo, sia nella produzione industriale sia nel settore dei trasporti, con un ruolo decisivo nella rivoluzione industriale. La potenza sviluppata dalla macchina a vapore, infatti, applicabile nei più diversi campi, permise di aumentare la produzione e abbattere i costi di produzione, anche perché consentì l’estrazione di enormi quantità di carbone (a sua volta usato per la combustione e la produzione di vapore) e di importanti materie prime, come il ferro.
Dal punto di vista tecnico, la macchina a vapore è formata da una caldaia, in cui si produce il vapore, e dal motore, che può essere alternativo (motore a vapore vero e proprio) o rotativo (turbina).
Prendiamo come esempio una pompa a vapore. In essa il vapore, prodotto nella caldaia, si espande in una camera apposita (cilindro) e solleva un pistone. Muovendosi, il pistone libera un bilanciere, che si sposta verso il basso. Quando il pistone raggiunge il punto superiore, dal serbatoio entra acqua sulla faccia superiore del pistone e nel cilindro. Il vapore nel cilindro si condensa e la pressione interna si abbassa: la pressione atmosferica fa quindi scendere il pistone abbassando un braccio del bilanciere e sollevando l’altro. A questo punto il pistone della pompa si solleva, compiendo lavoro meccanico.