¿Cómo funciona la válvula deslizante de una máquina de vapor?

Es principalmente un cilindro. Cuando el cilindro se mueve hacia el extremo derecho, la válvula de admisión derecha se abre para expulsar vapor a alta presión hacia el lado derecho del cilindro y la válvula de escape izquierda se abre para empujar el pistón hacia la izquierda. Cuando se mueva hacia el extremo izquierdo, abra la válvula de admisión izquierda, cierre la válvula de escape derecha y sople vapor a alta presión hacia el lado izquierdo del cilindro para mover el pistón del cilindro hacia la derecha. El movimiento alternativo del pistón del cilindro se convierte en movimiento de rotación mediante el cigüeñal deslizante de la biela. La apertura y el cierre de cada válvula también se logra accionando la válvula deslizante a través del control deslizante de la biela. Suele utilizarse en locomotoras de vapor (trenes) antiguas y ha sido eliminado debido a su baja eficiencia, gran contenido de cenizas y alta contaminación provocada por la quema de carbón.

Una máquina de vapor es una máquina de energía alternativa que convierte la energía del vapor en trabajo mecánico. La aparición de la máquina de vapor provocó la Revolución Industrial en el siglo XVIII. Hasta principios del siglo XX, siguió siendo el motor principal más importante del mundo, y más tarde fue dando paso gradualmente al motor de combustión interna y a la turbina de vapor.

Desde finales de 2016 hasta finales de 2017, la industria minera británica, especialmente las minas de carbón, se había desarrollado a una escala considerable. Era difícil cumplir con los requisitos de drenaje de aguas subterráneas dependiendo de mano de obra y animales. Sólo había energía, y en el lugar había carbón abundante y barato como combustible. Las necesidades realistas impulsaron a muchas personas en Gran Bretaña, entre ellas Papin, Savery y Newcomen, a dedicarse a la exploración y experimentación del "poder del fuego para levantar agua".

La primera bomba de agua a vapor práctica del mundo fabricada por Savery recibió una patente británica llamada "Miner's Friend" en 1698. Primero llenó un recipiente con forma de huevo con vapor, luego cerró la válvula de entrada de vapor y roció agua fría fuera del recipiente para condensar el vapor dentro del recipiente y formar un vacío. Abra la válvula de entrada de agua y el agua del fondo de la mina será succionada hacia el contenedor a través de la tubería de entrada de agua bajo la acción de la presión atmosférica; cierre la válvula de entrada de agua, vuelva a abrir la válvula de entrada de vapor y use la presión del vapor para presione el agua en el recipiente a través de la válvula de drenaje. Cuando el agua del recipiente se drene y se llene de vapor, cierre la válvula de entrada de vapor y la válvula de drenaje y rocíe agua nuevamente para condensar el vapor. En este ciclo repetido, los dos recipientes con forma de huevo funcionan alternativamente para drenar el agua continuamente.

La bomba de agua de Savery se basa en la succión al vacío para bombear agua a una profundidad de no más de seis metros. Para bombear agua desde una mina que se encuentra a decenas de metros de profundidad, es necesario instalar una bomba de agua en lo profundo de la mina y usar alta presión de vapor para bombear el agua a la superficie. Esto era sin duda difícil y peligroso en ese momento.

Newcomen y su asistente Calley inventaron una máquina de vapor atmosférica en 1705 para accionar una bomba de agua independiente, que recibió el nombre de máquina de vapor atmosférica de Newcomen. La máquina de vapor se popularizó por primera vez en Gran Bretaña y luego en el continente europeo, y todavía se fabricaban modificaciones hasta principios del siglo XIX. La eficiencia térmica de la máquina de vapor atmosférica de Newcomen es muy baja. Esto se debe principalmente al hecho de que después de que el vapor ingresa al cilindro, se condensa en la pared del cilindro que acaba de ser enfriada por agua, perdiendo mucho calor. Sólo se promoverá en zonas productoras de carbón con precios bajos.

En 1764, el reparador de instrumentos británico Watt notó esta deficiencia al reparar el modelo de máquina de vapor Newcomen para la Universidad de Glasgow. En 1765, inventó una máquina de vapor con un condensador separado de la pared del cilindro, y en 1769 Recibió la patente británica. En los primeros días, las máquinas de vapor de Watt todavía usaban barras de equilibrio y mecanismos de tirantes para accionar bombas de agua. Para limpiar el condensador de condensado y aire, Watt instaló una bomba de aire. También instaló un sándwich en la pared exterior del cilindro y utilizó vapor para calentar la pared del cilindro para reducir las pérdidas por condensación.

Alrededor de 1782, Watt mejoró aún más la máquina y completó dos inventos importantes: cerrar la válvula de entrada de vapor en medio de la carrera activa de trabajo en frío para permitir que el vapor se expandiera y funcionara, mejorando la eficiencia térmica; permitiendo que el vapor trabaje en ambos lados del pistón (tipo de doble acción) para aumentar la potencia de salida. En este momento, el pistón tiene que bajar la palanca y empujarla hacia arriba. La barra de equilibrio en forma de sector y la cremallera ya no son adecuadas, por lo que Watt inventó el mecanismo de paralelogramo. Watt también aplicó el mecanismo de biela de manivela a las máquinas de vapor al final de los 18 años.

El trabajo creativo de Watt condujo al rápido desarrollo de la máquina de vapor. Convirtió una máquina que sólo podía elevar agua en una máquina de vapor que podía usarse ampliamente. La eficiencia térmica de la máquina de vapor se duplicó, reduciendo en gran medida el consumo de carbón. Watt fue el principal inventor de la máquina de vapor.

Desde finales del siglo XVIII, las máquinas de vapor se han utilizado ampliamente no sólo en la minería, sino también en la fundición, la industria textil, la fabricación de maquinaria y otras industrias. Aumentó la producción textil británica cinco veces en más de 20 años (de 1766 a 1789), proporcionó al mercado una gran cantidad de bienes de consumo, aceleró la acumulación de fondos y planteó necesidades urgentes para la industria del transporte.

El experimento del uso de máquinas de vapor como potencia de propulsión en barcos comenzó en 1776. Después de una mejora continua, Fulton de los Estados Unidos construyó el primer barco práctico con motor de vapor de propulsión de rueda abierta, "Clermont".

Desde entonces, las máquinas de vapor se han utilizado para la propulsión de barcos durante más de cien años.

En 1801, el británico Trevithick propuso el concepto de una máquina de vapor móvil. En 1803 apareció por primera vez en la zona de las minas de carbón esta máquina de vapor móvil sobre raíles. Era el prototipo de locomotora. El británico Stephenson continuó mejorando las locomotoras y creó la locomotora de vapor "Rocket" en 1829. La locomotora arrastraba un vagón que transportaba a 30 pasajeros a una velocidad de 46 kilómetros por hora, atrayendo la atención de varios países y marcando el comienzo de la era ferroviaria.

A finales del siglo XIX, con el auge de las aplicaciones de energía eléctrica, las máquinas de vapor se utilizaban antiguamente como principal maquinaria motriz de las centrales eléctricas. En 1900, había una central eléctrica de vapor en Nueva York, Estados Unidos, con una potencia única de cinco megavatios.

El desarrollo de las máquinas de vapor alcanzó su punto máximo a principios del siglo XX. Tiene las ventajas de par constante, velocidad variable, reversibilidad, operación confiable, fabricación y mantenimiento convenientes, etc. Se usa ampliamente en diversos campos, como centrales eléctricas, fábricas, locomotoras y barcos, especialmente en barcos.