Les machines à vapeur, autrefois moteur de l’industrialisation, fonctionnent sur le principe de la conversion de l’énergie thermique en énergie mécanique grâce à la détente de la vapeur. Le processus comprend une série d'étapes :
1. Génération de vapeur :
- Les moteurs à vapeur nécessitent une source de chaleur, généralement des chaudières alimentées par la combustion de charbon ou d'autres combustibles.
- L'eau à l'intérieur de la chaudière est chauffée jusqu'à atteindre son point d'ébullition, se transformant en vapeur.
- La vapeur générée est à haute pression et haute température.
2. Piston et cylindre :
- La machine à vapeur est constituée d'une chambre cylindrique appelée cylindre, à l'intérieur de laquelle un piston bien ajusté peut se déplacer d'avant en arrière.
- Le piston est fixé à une tige de piston qui transmet son mouvement à la machinerie souhaitée.
3. Entrée Steam :
- Lorsque le piston se trouve à une extrémité du cylindre, une vanne appelée soupape d'admission de vapeur s'ouvre, permettant à la vapeur haute pression issue de la chaudière de s'engouffrer dans le cylindre.
4. Mouvement du piston :
- La force de la vapeur entrante pousse le piston vers l'autre extrémité du cylindre.
- Le mouvement du piston convertit la pression de la vapeur en travail mécanique.
5. Épuisement de la vapeur :
- Une fois que le piston atteint la fin de sa course, la vanne d'admission de vapeur se ferme et la vanne d'échappement de vapeur s'ouvre.
- La vapeur emprisonnée à l'intérieur du cylindre est évacuée, souvent dans un condenseur pour récupérer de la chaleur.
6. Cycle répétitif :
- Après épuisement de la vapeur, un mécanisme d'inversion déplace un tiroir ou modifie le sens du débit de vapeur, permettant à la vapeur de pénétrer du côté opposé du piston.
- Le processus se répète, la vapeur repoussant le piston dans la direction opposée.
7. Bielle et manivelle :
- Le mouvement de va-et-vient du piston est converti en mouvement de rotation grâce à une bielle liée à un vilebrequin.
- Le vilebrequin tourne lorsque le piston se déplace, fournissant une source d'énergie continue pouvant entraîner diverses machines, telles que des roues, des pompes et des équipements d'usine.
En résumé, les machines à vapeur utilisent la chaleur pour générer de la vapeur, qui entraîne un piston dans un cylindre. Le mouvement du piston est converti en mouvement de rotation par l'intermédiaire d'un vilebrequin, produisant de l'énergie mécanique pouvant alimenter une large gamme de machines et d'appareils. Les progrès technologiques et la montée en puissance de moteurs plus efficaces, en particulier les moteurs à combustion interne, ont finalement conduit au déclin des moteurs à vapeur à la fin du XIXe siècle.
