Hoe werken stoommotoren?

Verwarm water tot het kookpunt en het verandert van een vloeistof in het gas of de waterdamp die we stoom noemen. Wanneer water stoom wordt, neemt het volume ongeveer 1600 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 vermogen te leveren, een stoommachine levert mechanisch vermogen door de energie van stoom te gebruiken.

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 aan te drijven. En hoewel stoommachines in het verleden zeker belangrijk waren, hebben ze nu ook een nieuwe toekomst om ons te voorzien van stroom met geothermische energiebronnen.

Hoe stoommotoren werken

Om een ​​basisstoommachine te begrijpen, laten we het voorbeeld nemen van de stoommachine die in een oude stoomlocomotief is gevonden, zoals de afgebeelde. De basisonderdelen van de stoommachine in een locomotief zijn een ketel, schuifklep, cilinder, stoomreservoir, zuiger en een aandrijfwiel.

In de ketel zou er een vuurkist zijn waar kolen in zouden worden geschept. De steenkool zou op een zeer hoge temperatuur blijven branden en worden gebruikt om de ketel te verwarmen tot water dat hoge druk stoom produceert. De hogedrukstoom 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 de zuiger duwt, draait het aandrijfwiel in een cirkel, waardoor beweging voor de locomotief ontstaat.

Geschiedenis van stoommotoren

Mensen zijn zich al eeuwen bewust van de kracht van stoom. Griekse ingenieur, held van Alexandrië (circa 100 AD), experimenteerde met stoom en vond de eolipile uit, de eerste maar zeer ruwe stoommachine. De eolipiel was een metalen bol bovenop een kokend water ketel. De stoom stroomde door pijpen naar de bol. Twee L-vormige buizen aan weerszijden van de bol gaven de stoom vrij, waardoor de bol werd gestuwd waardoor deze draaide. Hero realiseerde zich echter nooit het potentieel van de eolipil en het zou eeuwen duren voordat een praktische stoommachine zou worden uitgevonden.

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

Stoommachines hadden een diepgaand effect op de geschiedenis van het transport. 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 benzine- en dieselverbrandingsmotoren de stoomzuigermotoren te vervangen. De laatste twintig jaar zijn echter stoommachines teruggekomen.

Stoommachines vandaag

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

Geothermische energie is energie die wordt gegenereerd met behulp van 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 Noorse / 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.