איך מנוע קיטור עובד? סרטון מערוץ היוטיוב © Real Engineering המעלה סרטונים עם תשובות מעניינות לשאלות פשוטות.

אחת ההמצאות הגדולות בתולדות האנושות

מנוע הקיטור נחשב לאחת ההמצאות הגדולות בתולדות האנושות, שפתחה את המהפכה התעשייתית. הוא  התחיל כמשאבת מים לא יעילה. אבל דרך שיפורים חכמים (קונדנסר, צילינדר מדויק, מהלך כפול, גלגל תנופה) הפך למנוע סיבובי חזק ויעיל והניע את המהפכה התעשייתית. עד היום טכנולוגיית הקיטור היא הבסיס לרוב ייצור החשמל בעולם.

ההיסטוריה, העקרונות והאבולוציה של מנוע הקיטור

הרקע ההיסטורי

מנוע הקיטור שינה את החברה. הוא איפשר מסחר המוני, תנועת אוכלוסיות מהכפרים לערים והניע את ההתפתחות הטכנולוגית. המנוע הראשון (של תומאס ניוקומן, 1712) שימש לשאיבת מים ממכרות פחם. הוא לא היה יעיל במיוחד אבל זול כי הפחם היה זמין.

איך עובד מנוע הקיטור הראשון? (מנוע אטמוספרי)

1. חימום: פחם מחמם מים ונוצר קיטור.

2. התפשטות:  הקיטור נכנס לצילינדר ודוחף את הבוכנה כלפי מעלה נגד לחץ האוויר.

3. קירור: מים קרים מרוססים לצילינדר, הקיטור מתעבה והלחץ פוחת.

4. חזרה :לחץ האוויר דוחף את הבוכנה חזרה למטה, זהו מהלך העבודה. הכוח מועבר דרך שרשרת.

הבעיה: המנוע עובד רק במהלך אחד והצילינדר מתקרר כל פעם – בזבוז אנרגיה עצום.

שיפורים מרכזיים (ג'יימס ואט וג'ון וילקינסון)

כל שיפור קטן תרם למהפכה

קונדנסר נפרד

קירור הקיטור במכל נפרד ולא בצילינדר. התוצאה – הצילינדר נשאר חם, פחות בזבוז חום

צילינדר מדויק

מכונת קידוח של וילקינסון. התוצאה – פחות דליפות קיטור, לחץ גבוה יותר.

מהלך כפול

שימוש בקיטור גם בדחיפה וגם בחזרה. התוצאה – כוח כפול, יעילות גבוהה יותר.

גל ארכובה + מוט חיבור

המרת תנועה לינארית סיבובית. התוצאה – מתאים למכונות, טחנות, רכבות.

גלגל תנופה

אוגר אנרגיה סיבובית. התוצאה – מפחית רעידות, תנועה חלקה.

דיאגרמת PV – מדידת עבודה

גרף לחץ-נפח (Pressure-Volume) מראה את העבודה שבוצעה במחזור אחד. במנוע הראשון – שטח קטן, עבודה מועטה. בשיפורים: שטח גדול יותר, יותר כוח, פחות בזבוז.

מורשת מנוע הקיטור

רוב תחנות הכוח היום עדיין משתמשות בקיטור אבל עם טורבינות קיטור בעלות יעילות גבוהה בהרבה.

לסרטוני 'איך זה פועל' נוספים עם כתוביות בעברית או תרגום תוכן לעברית לַחֲצוּ על הקישור הזה