La màquina de vapor

La màquina de vapor, també se l’anomenava col·loquialment “la burra”, convertia la pressió del vapor en energia mecànica. El desenvolupament tecnològic de la màquina de vapor ve de llarg, però els seus avenços més significatius es van produir al llarg del segle XVIII. Les aportacions de James Watt permeteren millorar la potència i el rendiment de la màquina. James Watt va dissenyar també un sistema per regular automàticament la velocitat de la màquina amb l’anomenat regulador de boles.

  • Màquina de vapor
     
    Màquina de vapor
  • El cilindre
     
    El cilindre
  • Cilindre i mecanismes de regulació de les vàlvules
     
    Cilindre i mecanismes de regulació de les vàlvules

Els mecanismes emprats a la màquina de vapor han estat aprofitats en el desenvolupament posterior dels motors de combustió interna.

El cilindre és un volum tancat amb forma cilíndrica, com el indica el seu nom, a l’interior del qual hi ha un èmbol o pistó que divideix el cilindre en dues cambres. L’èmbol es pot desplaçar longitudinalment a l’interior del cilindre.

El cilindre és la part on es fa l’intercanvi energètic: l’energia del vapor es converteix en energia mecànica al provocar el desplaçament de l’èmbol.

Per regular l’entrada i sortida de vapor sincrònicament amb la posició de l’èmbol, el cilindre disposa de dues vàlvules d’entrada o admissió i dues vàlvules de sortida o escapament. Aquestes vàlvules estan situades als extrems del cilindre, en la part superior hi ha les d’entrada, i a la part inferior, integrades amb la base, les vàlvules de sortida. L’obertura i tancament de les vàlvules sempre són creuades, de forma que en cada cambra del cilindre només pot estar oberta una de les vàlvules, la d’entrada o la de sortida.

Si l’èmbol està totalment desplaçat a la part esquerra (punt mort), la vàlvula d’entrada d’aquesta part estarà oberta, i la de sortida tancada. En la cambra de la dreta, la vàlvula d’entrada estarà tancada i la de sortida oberta. En aquesta situació a l’entrar el vapor a la cambra esquerra, l’èmbol es desplaça cap a la dreta i empeny cap a la sortida el vapor que ha quedat a la cambra dreta. Quan l’èmbol arriba totalment a la part dreta (punt mort), les quatre vàlvules canvien d’estat i es repeteix el procés però a l’inrevés. Així s’obté el moviment alternatiu del cilindre, a dreta i esquerra.

  • Biela i maneta. Setrill de lubrificació
     
    Biela i maneta. Setrill de lubrificació

El moviment alternatiu de l’èmbol es transforma en un moviment giratori a través d’un mecanisme biela-manovella. El braç del cilindre s’uneix a la biela i aquesta fa moure la manovella, convertint el moviment lineal alternatiu en un de giratori.

En el mateix eix de la manovella està el volant d’inèrcia, una roda de grans dimensions, que té dues funcions. En primer lloc el volant suavitza el moviment giratori evitant el moviment impulsiu que s’obté al fer la transformació del moviment lineal en giratori. El gir resultant és molt més regular. D’altra banda, el volant fa la funció de politja de transmissió.

  • Volant d’inèrcia, biela i manovella
     
    Volant d’inèrcia, biela i manovella
  • Politja de sortida
     
    Politja de sortida
  • Politges i embarrats de la fàbrica
     
    Politges i embarrats de la fàbrica

Mantenir constant el règim de gir requeria que un mecànic vigilés la màquina i regulés l’entrada de vapor al cilindre, però amb el regulador a boles aquesta operació es feia automàticament. El regulador de boles s’ajusta per a un determinat marge de freqüència de gir, i va ajustant l’entrada del vapor al cilindre segons les necessiti per mantenir estable la velocitat de sortida. El seu funcionament es basa en la força d’inèrcia que prenen les boles al girar. Quan la màquina troba més resistència en el moviment per l’efecte de les màquines tèxtils connectades, la seva velocitat baixa, aleshores les boles del regulador també perden velocitat i tendeixen a baixar. Quan baixen, el mecanisme de regulació obre més les vàlvules d’admissió augmentant l’entrada de vapor, i per tant, augmenta la potència. La velocitat anirà augmentant, la de les boles també, enlairant-se fet que motiva una acció progressiva de reducció de l’entrada de vapor al cilindre, fins arribar a la velocitat de règim.

  • Regulador de boles
     
    Regulador de boles
  • Mecanismes de regulació
     
    Mecanismes de regulació
VÍDEOS RELACIONATS
  • Com funciona
     
    Com funciona
  • Màquina de vapor
     
    Màquina de vapor
  • Els embarrats
     
    Els embarrats
MNACTECDepartament d'Educació de la Generalitat de CatalunyaDepartament de Cultura i Mitjans de Comunicació de la  Generalitat de CatalunyaUniversitat Politècnica de Catalunya Barcelona TechAPTC