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 Oggetto del messaggio: Tecnica delle locomotive a vapore
MessaggioInviato: 25 marzo 2009, 15:35 
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Premetto che sono un appassionato del vapore, ma potrei scrivere anche castronerie, e quindi se qualcuno nota degli errori non si faccia scrupoli di correggerli. Questa trattazione assolutamente non vuole essere esaustiva, e se qualcuno vuole aggiungere qualcosa di suo, è sicuramente il benvenuto!

Cominciando dalla base, come funziona un generico motore a vapore? Il motore a vapore trasforma una energia di tipo termico (riscaldamento) in una energia di tipo meccanico (ad esempio il movimento del pistone) attraverso l’utilizzo del vapore. L’acqua, trasformata in vapore attraverso riscaldamento, aumenta di volume, esercitando una pressione. Tale pressione può essere sfruttata come fonte di movimento.
Esistono vari esempi dell’utilizzo di macchine a vapore già nell’antichità, come ad esempio la sfera di Erone (anche se era quasi un giocattolo) nella quale una sfera libera di ruotare attorno all’asse maggiore, riempita d’acqua e riscaldata iniziava a ruotare grazie alla pressione esercitata dal vapore stesso in uscita da due tubi posti tangenzialmente sulla sfera stessa.
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Per avere i primi utilizzi scientifici ed industriali bisogna arrivare però alla fine del 17° secolo con Denis Papin e la sua pentola a pressione. Da questo punto della rivoluzione industriale inizia una serie di idee e progetti che portano al motore a vapore quale quello conosciuto oggi giorno. Tali innovazioni passarono attraverso l’utilizzo del sistema “cilindro-pistone”, molto probabilmente dovuto ad una idea sempre di Papin, alla macchina di Newcomen per lo svuotamento dell’acqua nelle miniere con potenza di circa 1 cv, ma di ingombri e consumi non indifferenti, sino alle innovazioni di James Watt, il vero padre del motore a vapore, creatore del condensatore esterno e della distribuzione del vapore a cassetto, nonché dei meccanismi per la trasformazione di un lavoro di tipo alternativo (pistone) in uno di tipo rotativo (sistema biella-manovella). Il primo motore di Watt, del 1785, era un motore della potenza di circa 6 cv; già 20 anni dopo si era passati a motori di 600 cv.
Impropriamente si considerano motori a vapore le sole macchine di tipo alternativo, denominando turbine le macchine di tipo rotativo; anch’esse però sarebbero da considerare motori a vapore. Non essendo però state create locomotive a vapore mosse da turbine salterò questa parte dei motori a vapore.

Nella prossima parte comincerò a trattare dei componenti di un motore a vapore per locomotiva.
Le componenti principali di un motore a vapore sono:
1. la caldaia, che permette la trasformazione dell’acqua in vapore
2. il cilindro o i cilindri e la distribuzione del vapore, che permette la trasformazione dell’energia da termica a meccanica
3. il sistema di trasmissione del moto
Complementari a questri 3 elementi principali sono i sistemi di raffreddamento del vapore - scarico dei prodotti della combustione - preriscaldamento dell’acqua, nonché tutti i sistemi di captazione dell’acqua all’interno della caldaia.

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Vittorio Dell'Aquila
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 Oggetto del messaggio: Re: Tecnica delle locomotive a vapore
MessaggioInviato: 28 marzo 2009, 12:33 
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1. Caldaia
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La caldaia è una apparecchiatura che trasforma l’acqua dallo stato liquido in vapore. Quando nacquero i primi motori a vapore le caldaie erano paragonabili a delle pentole chiuse sotto le quali venivano posti dei fuochi. Non essendo di tipo pratico, anche per questioni di sicurezza, già all’inizio dell'era della ferrovia tali caldaie vennero soppiantate dalle caldaie tipo “Cornovaglia” nelle quali erano immesse acqua attorno ad un focolare, dove invece era immesso il combustibile.
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La prima miglioria che venne applicata fu la realizzazione di caldaie nelle quali il fumo prodotto attraversava la caldaia disperso in più tubazioni, in modo da aumentare la superficie di scambio del calore: queste sono le caldaie a tubi di fumo che, salvo migliorie tecniche, furono utilizzate sino alla fine dell’epoca delle locomotive a vapore.
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Il tipo di combustibile variò di molto nel corso del secolo e mezzo circa di vita delle locomotive a vapore. Generalmente fu usato il carbone, tipo lignite o litantrace ad alto potere calorico, ma ci furono varie eccezioni:
negli Stati Uniti per lungo periodo si usò il legname per la grande diffusione di boschi, mentre in Pennsylvania la presenza di grandi concentrazioni di antracite (qualità di carbone di solito usata per il riscaldamento domestico) sostituì tra il 1900 e il 1940 gli altri tipi di combustibile;
in Baviera ai primi del ‘900 fu usata la torba (qualità di carbone proveniente dalla decomposizione dei vegetali in zone paludose, ha scarso potere calorifico);
in Austria-Ungheria subito prima della I Guerra Mondiale e in varie parti d’Europa subito dopo la medesima fu utilizzato l’olio minerale (nafta-gasolio e derivati simili del petrolio);
addirittura in Svizzera (fonte Wikipedia) furono utilizzate durante la II Guerra Mondiale alcune locomotive che riscaldavano l’acqua sino ad ebollizione per effetto Joule con delle resistenze elettriche.
Perché avvenga una combustione è necessario che oltre al combustibile sia presente un comburente e una temperatura d'innesco, che poi deve essere mantenuta. Nelle caldaie il comburente è l'aria, che fornisce l'ossigeno necessario alla combustione corretta del combustibile usato. Il tiraggio dell'aria era fatto attraverso opportuni portelli ed era forzato grazie all'utilizzo del vapore di scarico, che creava una depressione che aspirava i gas combusti dalla camera a fumo e li eliminava attraverso il fumaiolo.
Nelle caldaie moderne il vapore prodotto saliva in una cupola denominata “duomo” dalla quale poi attraverso opportuni sistemi regolatori veniva spillato e inviato ai cilindri per mettere in movimento la locomotiva.
Questa fin qui descritta è una caldaia del tipo a vapore saturo. A partire dai primi del '900 ci si rese conto che per migliorare il rendimento dei motori a vapore bisognava evitare che il vapore tornasse allo stato liquido nelle tubature che lo portavano ai cilindri e nei cilindri stessi, disperdendo parte della sua energia. Per fare ciò bisognava innalzare la temperatura del vapore stesso (senza peraltro aumentarne la pressione) ben oltre al punto di condensazione. La soluzione fu quella di surriscaldare il vapore stesso a mezzo di un fascio tubiero aggiuntivo che sfruttava i gas combusti.
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Tale fascio tubiero aggiuntivo però come si può vedere andava a sottrarre del gas al fascio tubiero di vaporizzazione; infatti a parità di superficie di riscaldamento una caldaia con surriscaldatore produce meno vapore (circa l'8% in peso) di una caldaia a vapore saturo. Allora perchè usare le caldaie con surriscaldatore? Perchè a parità di potenza sviluppata dal motore la quantità richiesta di vapore è minore del 25% se il medesimo è del tipo surriscaldato anziché saturo. Con l'introduzione del surriscaldatore le caldaie a vapore saturo furono progressivamente abbandonate.

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 Oggetto del messaggio: Re: Tecnica delle locomotive a vapore
MessaggioInviato: 23 aprile 2009, 23:02 
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Capotreno

Iscritto il: 7 marzo 2007, 0:57
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Solo una piccola precisazione, le locomotive a vapore con turbine al posto dei pistoni non sono mai state messe in servizio regolarmente ma anche in Italia un tentativo fu fatto con la 685.410 con turbine progettate dall' Ing. Belluzzi che pero' di fatto risultarono essere peggiorative in fatto di potenze e consumi

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 Oggetto del messaggio: Re: Tecnica delle locomotive a vapore
MessaggioInviato: 16 giugno 2010, 17:40 
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Manovratore
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Iscritto il: 3 gennaio 2008, 22:58
Messaggi: 324
Località: Linea Torino-Milano KM78 AV e 90 LL
Ciao rotabileFan! Ho bissogno del tuo aiuto..non è che per caso hai qualcosa sul regolatore di watt? sto finendo la tesina (un pochetto in ritardod :D) per gli esami e parlando della 940 mi servirebbe si sistemi e automazione il regolatore di watt!

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    Arrivato con 100 min per la qualità e intelligenza di TI

Onore al 4° Rtg. Alpini paracadutisti Cervino: "In adversa Ultra adversa!"

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195° Anniversario nascita Arma dei Carabinieri:

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