איך מנועי קיטור עובדים?

מחממים מים אליו נקודת רתיחה וזה משתנה מלהיות נוזל להפוך לאדי הגזים או אדי המים שאנחנו מכירים כאדים. כאשר מים הופכים לאדים נפחם גדל בערך 1,600 פעמים, ההתרחבות הזו מלאה באנרגיה.

מנוע הוא מכונה שממירה אנרגיה לכוח או תנועה מכניים שיכולים להפוך בוכנות וגלגלים. מטרתו של מנוע היא לספק כוח, מנוע קיטור מספק כוח מכני באמצעות אנרגיה של קיטור.

מנועי קיטור היו המנועים המוצלחים הראשונים שהומצאו והיו הכוח המניע מאחורי מהפכה תעשייתית. הם שימשו להנעת הרכבות הראשונות, אוניות, מפעלים ו אפילו מכוניות. ובעוד שמנועי אדים היו בהחלט חשובים בעבר, יש להם כעת עתיד חדש לספק לנו כוח עם מקורות אנרגיה גיאותרמית.

כדי להבין מנוע קיטור בסיסי, ניקח את הדוגמא של מנוע הקיטור שנמצא בקטר קיטור ישן כמו זה שתואר. החלקים הבסיסיים של מנוע הקיטור בקטר הם דוד, שסתום שקופיות, צילינדר, מאגר קיטור, בוכנה וגלגל כונן.

בדוד, תמצא תיבת אש שתובל לתוכה. הפחם ימשיך לשרוף בטמפרטורה גבוהה מאוד ומשמש לחימום הדוד לרתיחת מים המפיקים אדים בלחץ גבוה. הקיטור בלחץ גבוה מתרחב ויוצא מהדוד דרך צינורות אדים למאגר הקיטור. לאחר מכן נשלט הקיטור על ידי שסתום שקופית כדי לעבור לצילינדר כדי לדחוף את הבוכנה. הלחץ של אנרגיית הקיטור הדוחפת את הבוכנה מסובב את גלגל ההינע במעגל, ויוצר תנועה עבור הקטר.

בני אדם היו מודעים לכוח הקיטור במשך מאות שנים. מהנדס יווני, גיבור אלכסנדריה (בערך 100 לספירה), התנסה בקיטור והמציא את האאוליפילה, מנוע הקיטור הראשון אך הגס ביותר. האאוליפיליה הייתה כדור מתכת שהורכב על גבי קומקום מים רותחים. האדים עברו דרך צינורות לתחום. שני צינורות בצורת L בצדדים מנוגדים של הכדור שיחררו את הקיטור, מה שנתן דחף לתחום שגרם לו להסתובב. עם זאת, הגיבור מעולם לא מימש את הפוטנציאל הגלום באאוליפילה, ומאות שנים היו עוברות לפני שהמציא מנוע אדים מעשי.

בשנת 1698, מהנדס אנגלי, תומאס סייברי רשמה פטנט על מנוע האדים הגס הראשון. סייברי השתמש בהמצאתו בכדי לשאוב מים ממכרה פחם. בשנת 1712, המהנדס והנפח האנגלי, תומאס ניוקומן המציא את מנוע הקיטור האטמוספרי. מטרת מנוע הקיטור של ניוקומן הייתה גם להוציא מים ממוקשים. בשנת 1765, מהנדס סקוטי, ג'יימס וואט החל ללמוד את מנוע הקיטור של תומאס ניוקומן והמציא גרסה משופרת. זה היה המנוע של ואט שהיה הראשון שביצע תנועה סיבובית. העיצוב של ג'יימס וואט היה זה שהצליח והשימוש במנועי אדים התפשט.

מנועי אדים השפיעו בצורה עמוקה על ההיסטוריה של התחבורה. בשלהי 1700 המאוחרות, המציאו הממציאים שמנועי קיטור מסוגלים להניע סירות, וספינת הקיטור הראשונה שהצליחה מבחינה מסחרית הומצאה על ידי ג'ורג 'סטפנסון. לאחר 1900 החלו מנועי הבעירה הפנימית בנזין ודיזל להחליף את מנועי בוכנת הקיטור. עם זאת, מנועי הקיטור הופיעו שוב בעשרים השנים האחרונות.

זה אולי מפתיע לדעת ש 95 אחוז מהם כוח גרעיני מפעלים משתמשים במנועי אדים כדי לייצר כוח. כן, מוטות הדלק הרדיואקטיביים בתחנת הכוח הגרעינית משמשים ממש כמו פחם בקטר קיטור להרתיחת מים וליצור אנרגיית קיטור. עם זאת, סילוק מוטות דלק רדיואקטיביים שהוצאו, פגיעותן של תחנות הכוח הגרעיניות לרעידות אדמה וסוגיות אחרות מותירות את הציבור והסביבה בסיכון גדול.

כוח גיאותרמי הוא כוח שנוצר באמצעות אדים המיוצרים על ידי חום הנובע מהליבה המותכת של כדור הארץ. תחנות כוח גיאותרמיות יחסית טכנולוגיה ירוקה. Kaldara Green Energy, יצרנית נורווגית / איסלנדית של ציוד לייצור אנרגיה חשמלית גיאותרמית, הייתה החדשנית העיקרית בתחום.

תחנות כוח תרמיות סולאריות יכולות גם להשתמש בטורבינות קיטור כדי לייצר את כוחן.