Οι ατμομηχανές αποτελούν τους πρώτους επιτυχημένους κινητήρες και ο ρόλος τους στη βιομηχανική επανάσταση υπήρξε καταλυτικός.
Όταν το νερό φτάνει στο σημείο βρασμού του μετατρέπεται από υγρό σε αέριο (υδρατμός ή ατμός). Τότε ο όγκος του αυξάνεται περίπου 1.600 φορές και αυτή η διαστολή είναι γεμάτη ενέργεια!
Ο κινητήρας είναι μια μηχανή που μετατρέπει την ενέργεια σε μηχανική δύναμη ή κίνηση που μπορεί να γυρίσει έμβολα και τροχούς. Σκοπός μιας μηχανής είναι να παρέχει ισχύ. Ειδικότερα η ατμομηχανή παρέχει μηχανική ισχύ χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ατμού.
. Χρησιμοποιήθηκαν για να εκκινήσουν τα πρώτα τρένα, πλοία, εργοστάσια, ακόμη και αυτοκίνητα. Αν και οι ατμομηχανές αποτελούν σημαντικό κομμάτι του παρελθόντος δεν απουσιάζουν από την τεχνολογία του μέλλοντος, ειδικότερα σε ότι αφορά την εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας.
Πώς λειτουργούν οι ατμομηχανές
Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί μια κλασική ατμομηχανή, ας πάρουμε το παράδειγμα της ατμομηχανής μιας παλιάς αμαξοστοιχίας (όπως αυτή της εικόνας). Τα βασικά μέρη της ατμομηχανής μιας τέτοιας αμαξοστοιχίας είναι ένας λέβητας, μια κινούμενη βαλβίδα, ένας κύλινδρος, μια δεξαμενή ατμού, ένα έμβολο και ένας κινητήριος τροχός.
Στον λέβητα υπάρχει μια εστία στην οποία τοποθετείται κάρβουνο. Εκεί ο άνθρακας καίγεται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, θερμαίνοντας τον λέβητα. Έτσι το νερό βράζει παράγοντας ατμό υψηλής πίεσης. Στη συνέχεια ο ατμός διαστέλλεται και εξέρχεται από τον λέβητα προς τη δεξαμενή ατμού μέσω σωλήνων. Μια κινούμενη βαλβίδα διοχετεύει τον ατμό σε έναν κύλινδρο, προκαλώντας πίεση στο έμβολο. Αυτή η πίεση στρέφει κυκλικά τον κινητήριο τροχό, προκαλώντας την κίνηση της ατμομηχανής.
Η ιστορία των ατμομηχανών
Ο άνθρωπος είχε γνώση της δύναμης του ατμού από την αρχαιότητα. Ο Έλληνας μηχανικός Ήρων από την Αλεξάνδρεια πειραματίστηκε με τον ατμό και εφηύρε (περίπου το 100 μ.Χ.) την αιολόσφαιρα, μια πρωτόλεια ατμομηχανή. Η αιολόσφαιρα ήταν μια μεταλλική σφαίρα τοποθετημένη στην κορυφή ενός δοχείου με βραστό νερό. Ο ατμός κατευθυνόταν προς τη σφαίρα μέσω δύο σωλήνων σε σχήμα L τοποθετημένων σε αντίθετες πλευρές της σφαίρας. Ο ατμός που έβγαινε από τις σωλήνες έδινε ώθηση στη σφαίρα προκαλώντας την περιστροφή της. Ωστόσο, ο Ήρων δεν αξιοποίησε ποτέ τις δυνατότητες της αιολόσφαιρας και χρειάστηκε να περάσουν αιώνες μέχρι να εφευρεθεί μια πρακτική ατμομηχανή.
Το 1698 ο Άγγλος μηχανικός Thomas Savery κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την πρώτη ατμομηχανή. Ο Savery χρησιμοποίησε την εφεύρεσή του για να αντλήσει νερό από ένα ανθρακωρυχείο. Το 1712 ο Άγγλος μηχανικός και σιδηρουργός Thomas Newcomen εφηύρε την ατμοσφαιρική μηχανή. Ο σκοπός της ατμομηχανής του Newcomen ήταν επίσης να απομακρύνει νερό από ορυχεία. Το 1765 ένας Σκωτσέζος μηχανικός, ο James Watt, άρχισε να μελετά την ατμομηχανή του Newcomen και εφηύρε μια βελτιωμένη εκδοχή της. Ήταν ο κινητήρας του Watt, ο πρώτος που είχε περιστροφική κίνηση. Το σχέδιο του James Watt σημείωσε μεγάλη επιτυχία και συντέλεσε στην ευρύτερη διάδοση της χρήσης των ατμομηχανών.
Οι ατμομηχανές διαμόρφωσαν την ιστορία των μεταφορών. Στα τέλη του 1700 οι εφευρέτες συνειδητοποίησαν ότι μπορούσαν να κινήσουν πλωτά οχήματα. Το πρώτο ατμόπλοιο που τέθηκε σε κυκλοφορία εφευρέθηκε από τον George Stephenson. Μετά το 1900 οι κινητήρες εσωτερικής καύσης που λειτουργούσαν με βενζίνη και ντίζελ άρχισαν να αντικαθιστούν τους ατμοκινητήρες με έμβολα ωστόσο οι ατμομηχανές έχουν κάνει την επανεμφάνισή τους τα τελευταία είκοσι χρόνια.
Οι ατμομηχανές σήμερα
Όσο περίεργο κι αν ακούγεται το 95% των πυρηνικών σταθμών χρησιμοποιούν ατμομηχανές για την παραγωγή ενέργειας. Ναι, οι ράβδοι ραδιενεργού καυσίμου σε ένα πυρηνικό εργοστάσιο χρησιμοποιούνται ακριβώς όπως ο άνθρακας σε μια ατμομηχανή, δηλαδή θερμαίνουν το νερό και παράγουν ενέργεια μέσω του ατμού. Όμως ζητήματα όπως τα πυρηνικά απορρίμματα και η ευαισθησία των πυρηνικών ηλεκτροπαραγωγικών σταθμών σε σεισμούς θέτουν σε μεγάλο κίνδυνο τον άνθρωπο και το περιβάλλον.
Η γεωθερμική ενέργεια ή γεωθερμία είναι η φυσική θερμική ενέργεια της γης. Η τεχνολογία των ατμομηχανών βοηθά στην εκμετάλλευση του ατμού που παράγεται από τις υψηλές θερμοκρασίες του πυρήνα της γης. Οι γεωθερμικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αποτελούν μια τεχνολογία σχετικά φιλική προς το περιβάλλον. Η εταιρία Kaldara Green Energy (Ισλανδία/ Νορβηγία) έχει εισάγει σημαντικές καινοτομίες στην κατασκευή εξοπλισμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την γεωθερμία.
Τέλος, ατμοστρόβιλους για την παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιούν και οι ηλιακοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί.
worldsecrets.gr
sidirodromikanea.blogspot.com
