Când ne gândim la motorul cu abur și la abur ca pe un propulsor, cu greu îl asociem cu mașinile care rulează pe drumurile publice, ci mai degrabă cu locomotivele feroviare cu abur și navele cu abur. De fapt, tehnologia nu s-a putut răspândi cu adevărat în aplicațiile ocazionale de pistă, dar asta nu înseamnă că nu au încercat niciodată să o producă, de fapt, a dominat acest segment timp de câteva decenii.

În articolul de mai jos, vă prezentăm caracteristicile de bază ale motorului cu abur, posibilitățile de adaptare la mașină și câteva exemple reale.

Prezentare

În ceea ce privește principiul de funcționare al motorului cu abur cunoscut astăzi, acesta este un motor cu abur, așa că trecem în revistă istoria motorului cu abur ca mașină folosită pentru a conduce un vehicul non-feroviar.

Primul motor cu abur cu presiune atmosferică a fost finalizat în 1712 datorită inventatorului englez Thomas Newcomen. Cu mult înainte de apariția mașinilor, în 1769, a fost efectuat primul experiment cu un vehicul fără șenile, propulsat cu abur, care a fost folosit pentru a tracta echipamente grele ale artileriei franceze. Constructorul vehiculului care se deplasează cu o viteză maximă de 4 km/h, a fost ofițerul de marină francez Nicolas Joseph Cugnot.

Regatul Unit a fost țara importantă pentru revolutia industriala motiv pentru care motorul cu abur a avut o dezvoltare semnificativă în aceasta țară. Până în 1830, la Londra erau deja înmatriculate 26 de vagoane cu abur cu o viteză medie maximă de 24 km/h, ceea ce era considerat extraordinar la acea vreme (în Italia, de exemplu, atingeau doar 8 km/h în 1854).

Până la sfârșitul secolului, au urmat descoperiri semnificative și francezii au intrat și ei în cursă: până în 1888, atinseseră 60 km/h, iar la începutul secolului, motoarele cu abur aveau deja o performanță semnificativ mai mare decât arderea internă care a apărut atunci.  Recordul absolut de viteză pentru mașini de pasageri în 1902 a fost stabilit de o mașină cu abur francez la 120,77 km/h la Nisa.

Între timp, SUA și-au arătat interesul față de aceasta tehnologie și până în 1906 a fost stabilit un nou record de 205 km/h pe coasta Floridei. Până în 1925, Stanley Steam Car Company a produs aproximativ 12 000 de mașini cu abur.

Mașina cu abur numită White Steam din 1909 (Sursă: www.wikipedia.org)

Dezvoltarea rețelelor de drumuri a stimulat și traficul vehiculelor comerciale ceea ce a creat o nouă piață pentru motorul cu abur. În 1926, peste 10.000 de camioane cu abur erau în circulație numai în Anglia.

Până în anii 1930, motoarele cu ardere internă câștigau un avantaj de neatins datorită eficienței lor semnificativ mai bune - în ciuda acestui fapt, producția nu s-a oprit complet, de fapt, din cauza penuriei de combustibil lichid la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, multe fabrici s-au întors la producția de mașini cu abur pe cărbune.

După aceea, numărul lor a scăzut treptat și tehnologia. a devenit din nou interesantă în timpul crizei petrolului ca soluție alternativă. În plus, cercetătorii au fost încrezători că motorul cu abur ar putea concura din nou cu motoarele cu ardere internă ca soluție prietenoasă cu mediul, care poate fi controlată mai bine și are emisii mai favorabile. Speranța s-a bazat pe faptul că dezvoltatorii vor dobândi noi cunoștințe despre termodinamică și tehnologia fluxului prin utilizarea materialelor care sunt rezistente la temperaturi ridicate. Din păcate, nici motorul cu abur nu este o alternativă reală în transportul rutier în acest moment.

Operațiune

Motorul cu abur transformă energia stocată în combustibil fosil sau orice alt combustibil în energie cinetică, și anume într-un mod indirect.

Prin arderea combustibilului în cazan, acesta produce căldură care transformă apa stocată în sistem în abur. Mediul de înaltă presiune și temperatură înaltă este utilizat de structură pentru a produce lucrări mecanice.

Mod de funcționare a unui motor cu abur (Sursă: www.wikipedia.org)

Conexiunea directă cu motorul este pistonul. Prin intermediul unui distribuitor controlat corespunzător, aburul de înaltă presiune este direcționat fie deasupra, fie sub piston, forțându-l să se miste sub presiunea aburului din cilindru. Această mișcare verticala este transformată într-o mișcare de rotatie cu ajutorul bielei.

Aburul fierbinte, de înaltă presiune, se extinde și se răcește în timpul lucrului ca urmare a expansiunii continue - aceasta are ca rezultat așa-numitul „abur obosit”. Acest lucru lasă sistemul liber; asta explică de ce motorul cu abur consumă foarte multă apă.

Curba cuplului

Cuplul de pornire al unui motor cu abur este de două ori mai mare decât cuplul asociat cu cea mai mare viteză. Aceasta înseamnă că în practică nu este nevoie de o cutie de viteze decât dacă există cerințe speciale pentru accelerație sau viteza maximă. Mașinile cu abur realizate nu aveau de obicei o cutie de viteze cu mai mult de trei trepte. La fel ca și motorul electric, poate funcționa și în sens opus, deci poate fi folosit și pentru frânare. Nu este necesar ambreiajul pentru pornire.

Eficiență, consum de combustibil

Se poate spune că și astăzi acesta este cel mai mare obstacol în calea răspândirii motorului cu abur pe drum. Multă vreme, dezvoltatorii au reușit să atingă o eficiență termică maximă de 10%, iar cele mai moderne versiuni se află în prezent în zona cuprinsă între 15 și 30% - cel puțin conform producătorilor.

Pentru a obține o eficiență competitivă și un consum competitiv, ar trebui utilizat abur de cel puțin 600 °C. Aceasta nu este o problemă pentru o turbină cu abur, ci cu atât mai mult pentru un motor cu abur unde lubrifierea pistonului și a segmentilor trebuie rezolvată perfect chiar și în aceste condiții și chiar permanent. Tehnologia tribologică necesară pentru aceasta este momentan necunoscută.

Reclamă la locomotivă din 1901 (Sursă: www.wikipedia.org)

Combustibil

Când ne gândim la motoarele cu abur în general, protecția mediului nu ne vine neapărat în minte.

Cu toate acestea, nu trebuie ignorat faptul că combustibilul în sine este implicat indirect în funcționare, nu contează pentru motorul cu abur cum sunt produse temperatura și presiunea aburului. Prin urmare, gama de utilizare este extrem de largă, ceea ce oferă multe opțiuni pentru a face sistemul ecologic.

Costuri

Costul pe 1 kW al unui motor cu abur este semnificativ mai mare decât cel al unui motor cu ardere internă, incluzând producția, capacitatea de reparare și cerințele de spațiu. La prețurile de astăzi, prețul unei mașini cu abur produsă în masă ar fi de multe ori mai mare decât cel al unui concurent electric alimentat cu baterii.

Mașini cu abur realizate

După cum am menționat anterior, multe mașini cu abur fabricate în mii de exemplare au fost folosite în trecut. Unul dintre acestea este Locomobilul, care a apărut la începutul secolului și putea fi achiziționat cu 750 de dolari SUA, dar am putea aminti și modelul Doble E din 1924 sau Paxton Phoenix din 1953.

Paxton Phoenix (Sursă: www.wikipedia.org)

În 2009, o companie numită Inspiration a stabilit chiar și un nou record de viteză cu 238,67 km/h. Deci interesul nu a dispărut niciodată complet, dar este puțin probabil să redevină o tehnologie de masă în viitorul apropiat.