Les applications de la machine à vapeur ont évolué au fil du temps. Cependant, les plus courants à travers l'histoire ont été:
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Industriel
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Transport maritime.
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Transport ferroviaire.
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Pompage d'eau (moteur Newcomen)
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Production d'électricité.
Au XVIIe siècle, le chercheur français, Denis Papin entreprit des travaux sur l'utilisation de la vapeur pour mettre en mouvement un piston. Initialement, depuis le début du 18e siècle, les machines à vapeur ont été utilisées pour alimenter de nombreux usages. Au début, la machine à vapeur était utilisée comme pompe à piston.
Plus tard, à partir des années 1780, des moteurs à pistons ont commencé à apparaître. Au départ, les usines et les industries utilisaient ce type de moteur à combustion externe. Plus tard, les moteurs à vapeur ont commencé à être utilisés dans le transport.
Comment fonctionne une machine à vapeur?
Une machine à vapeur est un moteur à combustion externe qui transforme l'énergie thermique d'une quantité d'eau en énergie mécanique. Ce cycle de travail se déroule en deux étapes:
On peut générer de la vapeur en chauffant dans une chaudière hermétiquement fermée, ce qui provoque l'expansion du volume d'un cylindre en poussant un piston. Le mouvement linéaire alternatif du piston du cylindre se transforme en un mouvement de rotation qui entraîne, par exemple, les roues d'une locomotive ou le rotor d'un générateur électrique.
Une fois que le piston atteint la fin de la course, le piston revient à sa position initiale et expulse la vapeur d'eau à l'aide de l'énergie cinétique d'un volant.
Certaines vannes d'entrée et de sortie contrôlent la vapeur sous pression. Ces éléments régulent le renouvellement de la charge, et la vapeur s'écoule à travers le cylindre.
Applications industrielles de la machine à vapeur
Les principales utilisations de la machine à vapeur dans le secteur industriel sont:
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Machines à vapeur.
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Stations de pompage d'eau.
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Transport de marchandise.
Le premier à utiliser la vapeur pour obtenir un travail mécanique fut Thomas Newcomen. Plus tard, James Watt a amélioré le moteur Newcomen afin qu'il ne dépende pas de la pression atmosphérique. Watt et Matthew Boulton ont créé une entreprise pour le commercialiser.
Importance dans la révolution industrielle
La machine à vapeur mise ou point de James Watt est devenue l'une des forces motrices de la révolution industrielle.
La révolution industrielle était un processus d'évolution économique et d'industrialisation de la société. Cette évolution s'est produite grâce à l'aide de machines alimentées par l'énergie mécanique, en particulier les moulins à vent et les roues hydrauliques. L'apparition de la machine à vapeur était une avancée technologique significative.
Dans les transports, les locomotives, les navires et autres véhicules terrestres utilisaient fréquemment la puissance de la vapeur.
Cette technologie avait une grande importance dans son utilisation dans le domaine de l'agriculture. Son utilisation signifiait la possibilité d'augmenter les terres agricoles disponibles.
Bien que les moteurs composés aient amélioré l'efficacité des moteurs à vapeur, à partir du milieu du XIXe siècle, l'importance de ce type de moteur a considérablement diminué. La raison en était l'apparition du moteur à combustion interne et du moteur électrique avec de nombreux autres avantages.
Stations de pompage d'eau
En 1698, Thomas Savery construit la première machine à vapeur. Il l'a inventé pour pomper l'eau des mines en utilisant la machine du français Denis Papin.
La machine de Savery se composait d'une chaudière et de deux grands réservoirs ovales, dans chacun desquels de l'eau et de la vapeur de refroidissement étaient introduites en alternance. Le vide produit par la condensation de la vapeur aspirait l'eau de la mine. L'introduction ultérieure de vapeur a expulsé l'eau du réservoir et a permis de répéter le cycle.
La machine à vapeur dans les transports
Avec la conception de la machine à vapeur de James Watt, les premiers moteurs à pistons alternatifs sont apparus. L'industrie a utilisé massivement ces moteurs. En outre, ils étaient utilisés dans le transport, en particulier les bateaux à vapeur et les locomotives à vapeur.
La première fois que la machine à vapeur a été utilisée dans les transports, c'était au 19ème siècle. Sa présence a été une avancée spectaculaire pour l'économie et la société.
Initialement, il n'était utilisé que pour le transport maritime. Cependant, le chemin de fer a rapidement adopté cette technologie.
Richard Trevithick était l'inventeur du premier moteur de locomotive. George Stephenson a construit la première ligne de chemin de fer publique à utiliser des locomotives à vapeur (Stockton-Darlington, 1825).
Comment l'électricité est-elle produite avec une machine à vapeur?
L'une des applications les plus utilisées de la machine à vapeur aujourd'hui est la production d'électricité. La technologie actuelle permet de convertir l'énergie thermique en énergie électrique.
La grande majorité des centrales thermiques dans le monde utilisent de l'eau bouillante pour amener la vapeur à entraîner des turbines à vapeur. Ces turbines sont reliées à un générateur électrique pour obtenir de l'énergie électrique.
La différence entre ces différents types de centrales électriques est la source de chaleur. La source thermique qui chauffe l'eau à la vapeur peut:
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Combustibles fossiles (charbon, pétrole ou gaz naturel)
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Uranium (centrales nucléaires)
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Énergie solaire (centrales solaires thermiques)
