DESCRIZIONE
COMPENDIOSA DELLA MACCHINA A
VAPORE NEI SUOI
PRINCIPII
DESCRIZIONECOMPENDIOSA DELLA
MACCHINA
A
VAPORE
BEI SUOI TRIKCIFI1
CONUNA TAVOLAINRAME
VIGENZA TIPOGRAFIA?AROHt
18+8
igìlìzedbyGoogle
DEL
VAPORE ACQUEO
B DELMODO CONCUIAGISCECOMEFORZA MOTRICE
NELLE MACCHINEAVAPORE
Il vapore acqueononè altrochel'acqua medesima ridotta allo statodifluidoespansi' biledauna sufficiente quantità di calorico.(*) Lapressione deglistratisuperioridell'acqua sugi' inferiori,obbligailcaloricodiquesta a portarsiverso la superficie, che pertalcausasi converte invapori;mal'ariache circondail liquido,somministrandonecontinuamentea quelle parti inferiori,fasìche l'acqua svapo- raatutte letemperature immaginabili, persino allorquandolacolonna di liquido contenuta nel termometrositrovasottolozero, sebbenesia vero,che inuna temperatura più alta, o da
4
un'acqua più calda,laformazione dei vapori sifapiù rapidae più generosa. Di ciò faprova va la successiva diminuzione della massa a cut va soggetta una qualunque quantitàdiacqua esposta all'aria diqualunque temperatura.
Ivaporichesisvolgono dall'acqua inri- sultatodell'azione dellafiammacheneriscal- dailrecipiente,nonpossono gingnere alla sua superficiechedopodiavere acquistato tanta estensione divolumeeperdutodelproprio peso specifico tanto, dapotersormontarela pressione cut va sottoposta la superficie delme- desimo liquido
.
Ilmotoprodotto sulla superficie dell'acqua dai globettidivaporeche visiportano, chia- masi ebollizione.
Ivaporiiteli*innalzarsi dall'acqua,portano con se tutto quel calorico che servivaa ren- derlicapaci divincerelapressioneacuiè soggettalasuasuperficie,elatemperatura dell'acquane resta sempre la medesima, cioè di80 gradi della scala diReaumurovvero di 100 gradi di quella di Celsio,per tantoche siprocuri diaccrescerne l'ebollizione
Larapiditàdell' ebollizione dipende dalla quantità dei vaporiche nelmedesimoistan- tesiportano alla superficie
( equestidipen-
donodallaquantità di caloricocheinundato tempos'introducenell'acqua attraverso del recipiente, ossiadall'estensione superficialedi quellapartechestacompresa irailfuoco e l'acqua. L'esperienza fa conoscere,chealla solitapressioneatmosferica settedecimetriqua- drati di quella superficie somministranoall'in- circaundecimetro cubico di vapori per ogni minuto secondo.
Acento gradi del termometro centesimale ovvero di Celsio, la forza del vapore è diuna atmosfera, a112 gradi didue, a i3a di tre, a145diquattro,a190 di dodici atmosfere.
Aumentandoilcalore,crescerapidamente la elasticitàdelvapore acqueo, dimodoche al- latemperaturadi334gradidiquel termo- metro,essaè giàdivenutadiventiquattro atmosfere.Essaaumenta quindi inunrappor- tosempre piùcrescentedell'aumento del ca- lore;ed a temperature moltopiù elevate di- venta di tale energia da superare gli ostacoli più resistenti.
Ivapori chesisvolgono dall'acqua bollente allasolitamedia pressione dell'aria atmosferica di pollici 18,895 mia. di Parigi,siposiono esten- dereinunvolumeamillesettecentovolte quelloche occupava l'acqua, edundecimetro
cubicod'acquapuò convertirsi perciò in 1700 decimetricubicidivapore.
Quandoivaporisiraffreddano al dissotto del ponto dell' ebollizione, essisiricondensano in acqua, etornano a quelvolumeche avevano sottoquellaforma.Inquestofenomenori- siedeilprincipiodellemacchine a vapore, nel- lequaliora1'acquasiconverte in vapori che siespandono e tendono ad occupare un gran- de volume, ora questisiriducono dinuovoin acquache ne occupi un piccolo,ecosiora sollevando Io stantuffo di una tromba coli' es- pansione dei vapori, ora csncedendogli di ab- bassarsiperladistruzionediessi,servedi principiomotore applicatoadunbilanciere, ovvero adunmanubrio,da cuiUmovimen- tovienecomunicato al rimanentedellamac- china.
Perfareiuna ideadell'effettodelvapore
consideratocomeforza motrice3bastaimmagi- narsiuncilindrocavoAfig.1.condentro unostantuffomobile.Entrando sotto allo stan- tuffodelvapore, la di cui forzaespansiva sia eguale a quelladell'atmosfera,ilvapore di- scacceràl'ariaatmosferica, andràad occupare ilposto diquesta,eformeràequilibriocol- lapressionechesiesercitaaldisopradello
7 stantuffo,Venendoilvapore in comunicazione conunrecipienteriempiuto inparte,ocir- condatod'acqua fredda,lamassima parte dei globettivaporosi passeràallostatodi fluidoli- quido (acqua),nerisulteràunospazioquasi vuoto,e la pressione dell'aria atmosferica po- tràabbassareIo stantuffo.Chiudendolacomu- nicazionecon quel recipiente,epermettendo adaltrivaporil'ingresso al di sotto dellostan- tuffo,questos'innalzeràun'altravoltauni- tamente al peso del meccanismo che vi sta in eomunicaziono,edunnuovoraffreddamento del vapore cagioneràl'abbassamentodelmedesi- mo.Intalmodosipuòprodurrecolmezzo delvapore e dellapressioneatmosfericaun motoalternativodalbasso all'alio, e viceversa, ìlquale coll'ajuto dicertimeccanismipotrà trasformarsiinunaltro.IIvaporepuòperò anche da per se solo produrreudsimilemo- vimento nello stantuffo senza ì'ajuto della es- terna pressione atmosfèrica,venendoapremere alternativamente e soprae sotto dellostantuf- fo;anzinellemodernemacchine, la pressione dell'atmosferaviene supplita dalla forza espan- sivadeivapori prodotti sotto la solita pressio- ne atmosferica.
E' facile perciò rilevare, che le parti essen-
Oigiiizcd byGoogle
zialidiunamacchina a vaporedebbonoessere leseguenti:
i.L'apparecchio in cuisisviluppanoiva- poridall'acqua,edalqualesidàilnomedi Caldaia,qualunquesialasuaforma.
a.IlCilindro aVafore,nelquale vi en- tranoivapori deliacaldaja.
3.Lo Stantuffoo Pistone,ilquale a te- nuta d'ariapuòmuoversiall'insued all'in giùentroilcilindro.
4.L'apparecchioconcuiivaporivengono portatinel cilindroprecisamente su quel pun- to,incuihannoda agire sullo stantuffo, e che porta perciòilnomediRecolatore.
5.Unrecipientecircondatoda acqua fred- da,dettoilCondensatore,in cuiivaporiven- gonoraffreddati,e ridotti in acqua.
Oltre a queste parti principali vi sono degli altri apparecchi,iqualisebbenenonsieno in- dispensabiliad una macchina a vapore, tuttavia contribuiscono molto al perfezionamento della medesima, esichiamano parti accessorie.
Fra le partì accessoriesicontano quelle che servono:
1.aliberarelamacchina dalleacque che hannofattoilloro effetto;
9 i.arendere questeacquenuovamenteser- vibili;
3.aprevenire l'esplosione della caldaja,quan- do la forza espansivadel vapore fosse sover- chiamente aumentata.Questo apparecchio pren- deilnomediValvoladi sicurezza;
4-ad impedireilmotodelvapore dalla cal- dajanel cilindro,aregolare lafiammasotto lacaldaja,arallentareilmotodellamacchi- na,ecc.
Risulta dal finquidetto,che lemacchine avaporesonopropriamente diduesorta;i.°
quelle, nelle qualiivaporiproduconoilmo- vimento dello stantuffosoltantoinunsenso, e quelloinsensocontrarioloabbandonano poiad un'altra forza;a."quelle, in cui Io stantuffovienemossodaivaporiinambedue ledirezioni.Leprime chiamansiMacchine ad effetto semplice, le seconde poi diconsia nop- PIOEFFETTO.
Tantonelleprime,quanto nelleseconde possono agireivaporiunicamentecollaloro forzaditensione,econ questamovereilmec- canismo dellamacchina,oppureessipossono servireper laproduzione diunospazio vuoto d' aria,econ ciò favorire lapressioneatmo- sfericaaprodurreilmovimentodelpistone;
DlglllzGdbyGoogle
infineè anche possibile,che possa aver luo- go1'unoeV altro contemporaneamente, cioè pressioneccondensazione del vapore.Lemac- ellinedellaprima speciesidiconoMacchine acompressioneoadaltapressione,quelle dellaseconda a condensazione ovvero a bassa pressione, e quelle della terza,Macchinea va- pore secondoilsistema diWatt.
Nelle macelline adaltapressione,jvapori prodottidopo di aver fattoilloroeffetto,si disperdononelP ariainvecediesserericon- dottiallostatodiliquiditànuovamentenella ealdaja;questemacchinenonhannoilcon- densatore, edebbonoesserenecessariamente adoppio effetto. Inquelleacondensazione, Ìvaporidopodìaver esercitatoilloro effetto, passanone) condensatore, ovevengonotrasfor- maliinacqua. Questemacchine sono di sem- pliceeffetto;ilvaporeserveperòsoltantoa produrreunospaziovuoto d'aria,ed inesse non acquista chelaforzadiun' atmosfera.
Nellemacchine diWatttrova luogo lo stesso rapportocomenelleantecedenti,maivapori hannouna forza che per lo più supera quella dell' atmosfera.Essepossonoessere asempli- ceod a doppio effetto.
Lafig.a.rappresentaneisuoiprincipjuna
macchina diWattadoppio effetto.Nella cal- dajaAdispostasopraun fuoco proporzionato allamassa d' acqua diesiadopera,sisvilup- pano per eiFetto del caloricoivapori,iquali quandoilregolatoreIItrovasinellaposizione indicatacollafig.3,vannopel tubo condut- toreti,pelregolatoreepeltuboia portarsi nelcilindroCaldisottodellostantuffoDe loinnalzanoconviolenza;all'incontroiva- poriche per casositrovassero al disopra del- lostantuffo,perlaloroforzaespansivapassa- no pel tubo 2,pelregolatore,e peltubo 3 nelcondensatoreH,ovevengonoridottiin acqua, e generano cosiunvuoto al di sopra dellostantuffo.Alzandosi questo,s1innalzapu- reilbraccio inLdelbilanciere,edilbrac- cioLhaiabbassa, eobbligalaruotaS afa- remedianteilmanubrion una mezza perife-
sprangaop,questaobbligailregolatore a prenderelasituazioneindicatanellafig.4-
Oraivaporiche trovansi sotto allo stantuf- fo,siportano nelcondensatorepermezzodei tubii,3,e del regolatore,generando nelci- lindroun vuoto, e quelli che di continuo sor- tono dalla caldaja,siportanoinquestocaso colmezzo del regolatore e del tubo a al di so»
DigiiizGdbyGoogle
pra dello stantuffo, loabbassanoconviolenza, e nello stessotemposiabbassailbracciom L delbilanciere inunocon la spranga o p, esi innalzailbracciohli ;laruotadescriveuna nuovasemi-periferia,edilregolatoreprende lasituazioneanteriore,cioè taleda permette- reaivapori inservibili contenuti sopra lo stan- tuffo,di portarsinelcondensatore, e a quelli che di continuo sortono dalla caldaja d'innal- zarlo dinuovo, ecc. Cosi colf introdursi alter- nativamenteivapori ora al di sopra, ora al di sottodello stantuffo,questo alternativamente s'innalzaesìabbassa,portandoseconelle ascensionienegliabbassamenti l'asta vertica- lebimpiantatanelsuo centro; quindiilbi- lancieremh, e tutto ciò che con questo sta incomunicazione.
Lacondensazionesiopera permezzodìun getto d'acqua possibilmentefreddache s'in- troduce conviolenza nell'interno delconden- satoremediante un" energicatromba T. Nelle locomotive però,ed in tutte le altremacchine ad alta pressione(eccettuatequelle diPerkimJ, ivaporidopodiaver fattoilloroeffetto,si disperdononell'aria,e perciòtalimacchine comesiè già detto,non hannocondensatore mabensìquasisempreduecilindria vapore.
Digiiized ùyGoogle
Fra gli apparecchi acceworj. quelli immagi- natiper prevenire la rottura della calilajnche potrebbe venire prodotta dall'immensatensio- neche acquistanoivaporiquandoè loro im- pedita la espansione, meritanopiù particolar- mentediessereriferiti.Talisono:i.°[Ina aperturaVfattaappositamenteinqualche punto della caldaja che viene chiusadauna valvola(valvola di sicurezza)esattamentesme- rigliatae caricadiunpeso tale,da poter ve- nire sollevataper dare sfogo ai vapori,quan- dolalorotensione oltrepassasseuncerto se- gno;a.°un' apertura praticatanellacaldaja che viene chiusa daunturacciolodiuna le- gametallica dipiombo, di stagno e dibismu- tocombinati inuna certa proporzione, dimo- do chequandoper1*impeditosfogo dei va- pori1'acquarestasoverchiamente compressa sullasua superficie.,e quindiimpedita la di- spersione del calorico,innalzandosi latempe- ratura,ilturacciolometallicoviene liquefatto nelmomentoincui latemperatura giunge ad ungrado determinato.
Hconservatored'acquaEvieneprovvedu- todiquesto fluidomediantelatromba F, e 1*acqua risultante dalla decomposizione del va-
pore viene portata via mediante la trombaG
tà,
Senza troppo inoltrarsi nei calcoli fondamen- talidellemacchine a vapore, basterà indicare che l'effetto di una tale macchinasipuòtro- vareper approssimazione, moltiplicando l'area delfondo ovvero della base dello stantuffori- dotta indecimetriquadratipelnumerofisso j03,ilqualeesprimelasolitapressione in libbremetriche dell'aria atmosferica sopra ogni decimetro quadrato di superficie, e questo pro- dottomoltiplicandoancoracollavelocitàdel suomotoespressadalprodotto delnumerodel- lebattute dello stantuffoper ogniminuto pri- mocoll'altezzadeicorsi.
Siaper esempioilraggio dello stantuffo di una macchina a vapore eguale a decimetri i,a, lalunghezza di ogni corso decimetri 3, 5, ed ilnumerodellebattute70 per minuto.Sarà,
giustaiprincipi!dellaGoemetria, l'area della base dello stantuffo .1,2.3,14 zi 4, 52 decimetri quadrati, equindi l'effetto della mac- china =; 4,52.io3.70.3,5=:114069lib- bremetriche,dellequalinonsipuòpren- dereche lametà a cagionedegliattriti,ed altreragionichescemanol'effettodella mac- china.
La"stessamacchinapotràquindiprodurre un effetto tantomaggiore,quantomaggiore
Digitizcd &/Google
sari latensionedelvapore,pmchècrescendo questa,deve crescere necessariamenteilnume- rodellebattute dello stantuffoinuriminuto primo.
Laforza diuna determinata macchina a va- pore vienecomunementeespress;]colnumero deicavalliche sono necessarii per vincereuna data resistenza, eper siffatto calcolosiprende disolitoper misuralaforzadiun cavallo che lavora per otto ore al giorno,capace di una quantità dimotoeguale ai5ooo libbre metriche sollevateall'altezzadiun piede inunminuto primo, ovvero a circa liooo libbre metriche sol- levate all'altezza diunmetro pure in un minuto
Unamacchina è tanto più perfetta, quanto maggiore è l'effetto chesiottienecon una certa quantità di combustibile.Lasperienza insegna, che conuna libbra di carbone fossile della mi- gliorqualitàsipossono produrre al massimo no- ve libbre di vapore acqueo;mapertermine mediononsene prendono che libbre 7 r/a, e sìcalcolano libbremetriche 4 i/a di carbone all'oraper produrre la forza di un cavallo,qua- loralamacchina agisce senza espansione.Nel- lemacchine ad espansione,sicalcolanoappe- na quattro libbre metriche di carbone all'ora
1*
16
per la forza diuncavallo.In luogo di dieci libbredicarbon fossilesipossono adoperare libbrei8 ira dìlegna dipino o di abete, eai otterràilmedesimoeffetto.Tutti questidati valgonoperò soltanto per le macchine che han- nouna forza superiore a quella di 30 cavalli.
BREVESTORIA delleMacchineavapore
Chiunqueconosceilaolitoandamentodelle umaneinvenzioni,saràconvintoche lamac- china avapore,laqualeèunadellepiù ec- cellentiproduzioni dello spìntoumano,non siauscitadalle mani delsuo inventore in quel grado di perfezionamento in che trovasialpre- sente.Laprimamacchina a vapore,comela aveva costruita Savarynell'anno 1Ó9H, era sen- za lo stantuffo,edilvapore agiva in un cilin- dro soltantoper produrviunospaziovuoto di aria,incuisalival'acquadaun basso recipien- teinvirtùdellapressione dell'ariaatmosferica esterna.Papin inventò in seguitolavalvola di sicurezza.Ne wkomeneCawlycostruirono nel- l'anno1705lemacchine con stantuffi. Queste pp-ròavevano solamente un semplice effetto, e l'acquaoccorrente perlacondensazione veni- va schizzettatanelcilindro,eloesponeva ad undannosoraffreddamento.Wattfuilprimo
ariconoscerequestamancanza, edildi Inige- niogli offrìancheimezzi di prestarvi rimedio, mentre stabili di produrre la condensazione del vapore al di fuori del cilindro, edivenne cosi (nell'anno 1763) l'inventore del condensatore.
11cilindroavapore era ancora sempre aperto superiormente,ed espostoalraffreddamentoper l'azionedell'ariaesterna.Wattlochiusee fe- ce passaredapprimalaspranga dello stantuffo attraversoadunbossolo otturatore,e qualificò con ciò aitteci natamenteilcilindroall'appli- cazione del doppio effetto delvapore,ed in seguito costruìmacchine a vapore a doppio ef- fetto.Nelle primieremacchine a stantuffo dc- veasifargirareilregolatoredaunoperajo.Il fanciulloH.Petter, a cuivenneaffidataque- stamonotonaoperazione, trovò di unireilgal- lettodelregolatore almacchinismodell'asta dello stantuffocolmezzodifili,edivenne lo inventore del regolatore.Wattper altro trovò più tardiilregolatore delle valvole, eMurray lavalvola disicurezza.Da principio impieguron- eilemacchine a vapore soltanto permoverele trombe con cui s'innalza l'acqua dai pozzi,e per talescopo erasufficienteilmovimentodella spranga dello stantuffo dal basso all'alto, e vi- ceversa.MathiewWashbroughinventò nel1778
Diaiiizcd ùyGoogle
'9 ilmezzoditrasformareilmovimentorettilineo dell'astadello stantuffo inun motocurvilineo,e con ciò rese attalamacchina a vapore a qualun- quelavoro.Hornblowerapplicòilprimo alle suemacchineavaporeduecilindridi diffe- rentegrandezza,ed ottenne nell'anno17U1 unprivilegio;masubitodopo,Woolf avendo più esattamente esaminato l'effetto del vapore induetalicilindri,ottenne per tale migliora- mento unprivilegionel1H04,Eglidimostrò medianteisuoiesperimenti,cheilvapore,il qualepremecon quattro libbre inglesi contro unpollicequadrato di superfìciediuna val- volaesposta all'aria atmosferica,può acquista- reun volumequadruplo,e ciònonpertanto tenere l'equilibrio alla pressione dell' atmosfe- ra,echegeneralmenteilvapore, la di cui pressione sopraunpollicequadrato diuna pa- reteespostaallapressionedell'ariaimporta 5,6,7, ... so ... 3o ecc.libbre ancheallor- quandoegliha acquistatoun volume 5,6, 7..
.
20... 30 volte maggiore,siamaggiore della pressionedell'atmosfera, che questa legge su- biscedellepiccole modificazionisoltantoper forzemolto grandi.Aquesta leggesiaddatta ancheilrapporto deidue cilindri. Fino a tan- toche la macchinauoucangiavadisito,si
DiaiiizcdbyGoogle
ebberomezzibastanti,onde produrre col di leimezzo qualunqueforza,persinoconuna moderata tensione di vapori,maapplicandola poi almovimentodellenaviedeicarri,con cuicangiò di sito tuttalamacchina,ilgran pesodellemacchine di solida costruzionedi- venneungrande ostacolo, esidovettepen- sared'impiegare delvapore molto forte, e di possibilmente semplificarelamacchina.Tre- vithikfuilprimoche a tale scopo seppe be- ne addittare le macchine a vapore, costruendo- ne di quelle ad alta pressione,masenzacon- densatore.Talimarchine in alcune delle loro partivariatamentemodificate,sonoappunto quelle che producono tanta celerità di traspor- toacuialloranemmenosìosava pensare.
Inquestiultimitempiimpiegasilaforza espansivadelvapore amettereinmovimento moltemacchine, esiapplicaa parecchi svaria-
tiusi.Medianteilvaporesimettono in azio-
ne dellemacchine, colle qualisipuò innalzare ad ogni minuto primo 5o mila libbre d'acqua all'altezzadi3o metri aprofittodell1agricol- turaed a vantaggio delleminiere.Coli1assi- slenzadiun ragazzosibattono 5omillemo- ix-teper giorno nella Zecca di Londra;sistam- pano colla sola assistenza di quattro ragazzi 70
ai esemplaridi unagazzetta inun minuto di tem- po; nei pezzidiartiglieriasislancianoaduna adima da 400 in 5oo palle in un minuto1so- praruotajediferrosipossono far correreben cariche vetture,mettendo cosi in comunicazio- ne fra di loro grandi città e popolati villaggi con utilitàsommadelcommerciofideiviag- giatori,avendo sopraglialtrimezzi di traspor- toun vantaggio quasi decuplo, sevificonsi- derailrisparmioditempOj di danaro e di fa- tica.Medianteilvaporesimettono in movi- mentomigliajaemìgliajadiordigni nellema- nifatturedicotone;sifannopure lavorare vantaggiosamenteparecchi' opifizii,ladicui situazioneè tale, danon poter far uso dell'urto dell'acquaedelvento,comesonoimulini,i torchi,Ìpistrini,legualchiere,lecartieree simili.Finalmentesisolcano leacque deima- ri ,deilaghiedeifiumi,ancheintempodi calma a ritroso della corrente ed a vento con- trario.
Fra noilaforzadiquesto potentissimoagen- tesièimpiegataprincipalmente all'ultimode- gliaccennatiusi.Infattimolti battelliavapore giàdamoltianni solcano orgogliosileacque dell'Adriaticoingiornistabilititragittandoda Venezia a Trieste, eda questa città alle rive
DigitizodbyGoogle
dell'Italiameridionale, alle Isole Jonie,alMar Nero, ed allecostedell'Asiaedell'Africa;va- rjbattelliacorronosenzatimore leacque dei quattro principalilaghidelRegno Lombardo- Veneto, quelle del Danubio, dui Po, e di tanti
altrifiumid'Europa.Moltibatti-Iliavapore
trascorrono nelMediterraneo daGenovaaLi- vorno, aCivitavecchia, aNapoli,aPalermo, elungo tutte le costedella Sicilia.Finalmen- teun altro uso ormai divenuto generale,siè la suaapplicazioneallelocomotiveche da pochi anniinqtiàpercorronoconvelocitàmeravi- gliosa levariestrade ferrate dellaMonarchia Austriacae di diversi altri Stati d' Europa.
Vicenta nel? ilGennajo 1846.(*)
(*)Giorno della solenne Inaugurazionedell' I-R.
Iirlv.Stradal'errataFcrdlnande»Lombardo-Veneta da Venezia a Vicenza.
A. C.
Digiiizcd t>yGoogle
DigitizcdbyGoogle
(JigntzodGoogle
