Motoarele cu abur sunt mecanisme care utilizează căldura pentru a crea aburi, care la rândul lor efectuează procese mecanice, cunoscute în general ca muncă. În timp ce mai mulți inventatori și inovatori au lucrat la diverse aspecte ale utilizării aburului pentru putere, dezvoltarea majoră a motoarelor cu abur timpuriu implică trei inventatori și trei proiecte principale ale motorului.
Thomas Savery și prima pompă cu abur
Prima motorizare cu abur folosită pentru lucru a fost brevetată de englez Thomas Savery în 1698 și a fost folosit pentru pomparea apei din arborele minei. Procesul de bază a implicat un cilindru care a fost umplut cu apă. Apoi, vaporul a fost livrat în cilindru, deplasând apa, care a ieșit printr-o supapă unidirecțională. Odată ce toată apa a fost evacuată, cilindrul a fost pulverizat cu apă rece pentru a scădea temperatura cilindrului și a condensa aburul din interior. Acest lucru a creat un vid în interiorul cilindrului, care a scos apoi apă suplimentară pentru a reumple cilindrul, completând ciclul pompei.
Pompa cu piston a lui Thomas Newcomen
Un alt englez, Thomas Newcomen, îmbunătățit la pompa lui Slavery cu un design pe care l-a dezvoltat în jurul anului 1712. Motorul Newcomen includea un piston în interiorul unui cilindru. Partea superioară a pistonului a fost conectată la un capăt al unui fascicul pivotant. Un mecanism de pompă a fost conectat la celălalt capăt al fasciculului, astfel încât apa a fost extrasă ori de câte ori fasciculul se înclina în sus pe capătul pompei. Pentru propulsarea pompei, aburul a fost livrat la cilindrul pistonului. În același timp, un contragreutate a tras fasciculul pe capătul pompei, ceea ce a făcut ca pistonul să se ridice în vârful cilindrului de abur. Odată ce cilindrul a fost plin de abur, apa răcită a fost pulverizată în interiorul cilindrului, condensând rapid aburul și creând un vid în interiorul cilindrului. Acest lucru a făcut ca pistonul să scadă, mutând fasciculul în jos pe capătul pistonului și în sus pe capătul pompei. Ciclul se repetă automat atât timp cât s-a aplicat abur pe cilindru.
Proiectarea pistonului Newcomen a creat efectiv o separare între apa care este pompată și cilindrul folosit pentru crearea puterii de pompare. Acest lucru a îmbunătățit considerabil eficiența designului original al lui Slavery. Cu toate acestea, deoarece Savery deținea un brevet larg asupra propriei pompe de aburi, Newcomen a trebuit să colaboreze cu Savery pentru a breveta pompa cu piston.
Îmbunătățirile lui James Watt
scoţian James Watt a îmbunătățit semnificativ și a dezvoltat motorul cu aburi în a doua jumătate a secolul al 18-lea, făcându-l un utilaj cu adevărat viabil, care a ajutat la pornirea Revolutia industriala. Prima inovație importantă a lui Watt a fost să includă un condensator separat, astfel încât aburul să nu fie necesar să fie răcit în același cilindru care conținea pistonul. Aceasta a însemnat că cilindrul pistonului a rămas la o temperatură mult mai consistentă, crescând considerabil eficiența combustibilului motorului. De asemenea, Watt a dezvoltat un motor care ar putea roti un arbore, mai degrabă decât o acțiune de pompare în sus și în jos, precum și o volană care permite un transfer lin de putere între motor și volumul de muncă. Cu aceste și alte inovații, motorul cu aburi a devenit aplicabil pentru o varietate de fabrici procesele, iar Watt și partenerul său de afaceri, Matthew Boulton, au construit câteva sute de motoare pentru uz industrial.
Mai târziu Motoare cu abur
La începutul secolului al XIX-lea s-a înregistrat o inovație majoră a motoarelor cu abur de înaltă presiune, care erau mult mai eficiente decât proiectele de joasă presiune ale lui Watt și ale celorlalți pionieri ai motorului cu aburi. Acest lucru a dus la dezvoltarea de motoare cu abur mult mai mici, mai puternice, care ar putea fi utilizate pentru alimentarea trenurilor și a bărcilor și pentru a efectua o gamă mai largă de sarcini industriale, cum ar fi ferăstrăul de rulare la mori. Doi inovați importanți ai acestor motoare au fost americanul Oliver Evans și englezul Richard Trevithick. De-a lungul timpului, motoarele cu abur au fost înlocuite cu motorul cu ardere internă pentru majoritatea tipurilor de locomoție și industriale munca, dar utilizarea generatoarelor de abur pentru a crea electricitate rămâne o parte importantă a producției de energie electrică astăzi.