Hoe werken stoommachines?

Verwarm water tot het kookpunt en het verandert van een vloeistof in een gas of waterdamp die we kennen als stoom. Wanneer water stoom wordt, neemt het volume ongeveer 1.600 keer toe, die expansie zit vol energie.

Een motor is een machine die energie omzet in mechanische kracht of beweging die zuigers en wielen kan draaien. Het doel van een motor is om stroom te leveren, een stoommachine levert mechanische kracht door gebruik te maken van de energie van stoom.

Stoommachines waren de eerste succesvolle motoren die werden uitgevonden en waren de drijvende kracht achter de industriële revolutie. Ze zijn gebruikt om de eerste treinen, schepen, fabrieken en zelfs auto's. En hoewel stoommachines in het verleden zeker belangrijk waren, hebben ze nu ook een nieuwe toekomst door ons van stroom te voorzien met geothermische energiebronnen.

Laten we, om een ​​basisstoommachine te begrijpen, het voorbeeld nemen van de stoommachine in een oude stoomlocomotief zoals afgebeeld. De basisonderdelen van de stoommachine in een locomotief zijn een ketel, schuifklep, cilinder, stoomreservoir, zuiger en een aandrijfwiel.

In de ketel zou een vuurhaard zijn waar kolen in worden geschoven. De kolen zouden op een zeer hoge temperatuur worden verbrand en gebruikt om de ketel te verwarmen om water te koken dat hogedrukstoom produceert. De stoom onder hoge druk zet uit en verlaat de ketel via stoomleidingen in het stoomreservoir. De stoom wordt vervolgens geregeld door een schuifklep om in een cilinder te bewegen om de zuiger te duwen. De druk van de stoomenergie die op de zuiger drukt, draait het aandrijfwiel in een cirkel, waardoor de locomotief in beweging komt.

Mensen zijn zich al eeuwen bewust van de kracht van stoom. Griekse ingenieur, Held van Alexandrië (circa 100 na Christus), experimenteerde met stoom en vond de aeolipile uit, de eerste maar zeer ruwe stoommachine. De aeolipile was een metalen bol bovenop een kokende waterkoker. De stoom reisde door pijpen naar de bol. Twee L-vormige buizen aan weerszijden van de bol lieten de stoom ontsnappen, waardoor de bol een stoot kreeg waardoor deze ging roteren. Hero realiseerde zich echter nooit het potentieel van de aeolipile en er zouden eeuwen voorbijgaan voordat een praktische stoommachine zou worden uitgevonden.

In 1698, Engelse ingenieur, Thomas Savery patenteerde de eerste ruwe stoommachine. Savery gebruikte zijn uitvinding om water uit een kolenmijn te pompen. In 1712, Engelse ingenieur en smid, Thomas Newcomen vond de atmosferische stoommachine uit. Het doel van de stoommachine van Newcomen was ook om water uit mijnen te verwijderen. In 1765, een Schotse ingenieur, James Watt begon de stoommachine van Thomas Newcomen te bestuderen en vond een verbeterde versie uit. Het was de motor van Watt die als eerste een draaibeweging maakte. Het ontwerp van James Watt was het succes en het gebruik van stoommachines werd wijdverbreid.

Stoommachines hadden een diepgaand effect op de transportgeschiedenis. Tegen het einde van de 18e eeuw realiseerden uitvinders zich dat stoommachines boten konden aandrijven en het eerste commercieel succesvolle stoomschip werd uitgevonden door George Stephenson. Na 1900 begonnen de verbrandingsmotoren van benzine en diesel de stoomzuigermotoren te vervangen. Stoommachines zijn de afgelopen twintig jaar echter weer opgedoken.

Het is misschien verrassend om te weten dat 95 procent daarvan kernenergie fabrieken gebruiken stoommachines om stroom op te wekken. Ja, de radioactieve brandstofstaven in een kerncentrale worden net als steenkool in een stoomloc gebruikt om water te koken en stoomenergie op te wekken. Door de verwijdering van verbruikte radioactieve brandstofstaven, de kwetsbaarheid van de kerncentrales voor aardbevingen en andere problemen lopen het publiek en het milieu een groot risico.

Geothermische energie is energie die wordt opgewekt met stoom die wordt geproduceerd door warmte die uit de gesmolten kern van de aarde komt. Geothermische centrales zijn relatief groene technologie. Kaldara Green Energy, een Noors / IJslandse fabrikant van apparatuur voor de productie van geothermische elektrische energie, is de belangrijkste innovator op dit gebied.

Thermische zonne-energiecentrales kunnen ook stoomturbines gebruiken om hun energie op te wekken.