Come Costruire un Motore a Vapore

Co-redatto da Bess Ruff, MA

L'espressione "motore a vapore" spesso evoca l'immagine di una locomotiva a vapore o delle auto prodotte dalla Stanley Steamer^{[1]
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Fonte di ricerca}, ma questo tipo di macchine hanno molti altri usi oltre a quello dei trasporti. I motori a vapore, che nelle loro forme più rudimentali sono stati inventati per la prima volta circa due millenni fa, sono diventati la principale forza motrice negli ultimi tre secoli, con le turbine a vapore che attualmente producono oltre l'80% del fabbisogno mondiale di energia elettrica. Per poter acquisire una maggiore conoscenza delle forze fisiche che entrano in gioco in un motore a vapore, puoi costruirne uno tuo con materiali comuni seguendo uno dei metodi descritti in questo articolo! Per cominciare, inizia a leggere i seguenti passaggi.

Metodo 1

Metodo 1 di 2:

Costruire un Motore a Vapore con una Lattina (per Bambini)

1
Taglia una lattina di alluminio a circa 6,5 cm. Usa un taglierino per la latta o un paio di forbici da officina per ottenere un taglio orizzontale netto a circa 1/3 dalla base della lattina.
2
Con un paio di pinze piega e schiaccia il bordo. Per nascondere il bordo tagliente della lattina, piegalo su se stesso. Fai attenzioni a non tagliarti.
3
Il fondo della lattina va spinto verso l'esterno per appiattirlo. Gran parte delle lattine hanno una base circolare convessa verso l'interno della lattina. Spingilo verso l'esterno per appiattirlo con la punta delle dita o usando il fondo di un bicchierino o di un piccolo vaso per renderlo liscio.
4
A circa 1,3 cm dalla sommità della lattina tagliata, pratica due fori opposti l'uno all'altro. Puoi utilizzare una perforatrice per fogli, o un chiodo e un martello. Sarà necessario fare due fori che abbiano un diametro leggermente più grande di 3 mm.
5
Metti una candela da tè al centro della lattina. Accartoccia un po' di stagnola e mettila tutt'intorno e sotto alla candela per mantenerla in posizione. Di solito le candele da tè sono contenute in piccoli barattolini di stagno, quindi la cera sciogliendosi non dovrebbe colare nella lattina di alluminio.
6
Intorno a una matita avvolgi 2 o 3 volte la parte centrale di un piccolo tubo di rame lungo da 15 a 20 cm per ottenere una specie di serpentina. Un tubo di rame del diametro di 3 mm si piega facilmente intorno alla matita. È necessario avere una serpentina abbastanza lunga da passere sopra tutto il diametro della lattina, oltre ad altri 5 cm per ogni lato.
7
Fai passare le estremità del tubo attraverso i fori che hai praticato sulla lattina. Centra la serpentina sopra lo stoppino della candela. Cerca di lasciare che il tubo più o meno esca per la stessa lunghezza da entrambi i lati della lattina.
8
Con un paio di pinze piega le estremità del tubo a 90 gradi. Devi piegare la parte finale rimasta dritta, in maniera tale che le due estremità puntino in direzione opposta. Poi piegale ancora per farle arrivare sotto la base della lattina. Alla fine dovresti avere la parte di tubo piegata a serpentina che resta sopra la candela, e che poi si estende verso il basso ai lati della lattina con due ugelli contrapposti.
9
Metti la lattina in un contenitore pieno d'acqua con le parti terminali del tubo sommerse. Questa specie di "barchetta" dovrebbe galleggiare tranquillamente. Se le estremità del tubo non restano completamente immerse, prova ad aumentare leggermente il peso della lattina, ma facendo attenzione a non farla affondare.
10
Riempi il tubo con acqua. Il modo più facile per farlo è infilando un'estremità nell'acqua e succhiando dall'altra parte come fosse una cannuccia. Altrimenti, con un dito puoi tenere chiusa un'estremità del tubo, e l'altra estremità va infilata sotto un rubinetto aperto.
11
Accendi la candela. L'acqua nel tubo dovrebbe lentamente scaldarsi fino ad arrivare a ebollizione. Appena evapora sotto forma di vapore acqueo, comincerà a uscire con forza dagli "ugelli" del tubo, spingendo la lattina a ruotare su se stessa all'interno del contenitore.

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Metodo 2

Metodo 2 di 2:

Costruire un Motore a Vapore con un Barattolo di Vernice (per Adulti)

1
Vicino alla base di un secchio di vernice di latta della capienza di circa 3 litri, taglia un foro rettangolare. Sul fianco del barattolo vicino alla base disegna orizzontalmente un rettangolo con i lati di 15 x 5 cm.
- Fai attenzione al fatto che per questo barattolo di vernice (e per l'altro che ti servirà in seguito) ti dovrai assicurare che abbia contenuto esclusivamente vernice latex o idropittura, e che sia stato pulito e lavato approfonditamente con acqua e sapone prima di poterlo usare.
2
Taglia un pezzo di rete metallica delle dimensioni di circa 12 x 24 cm. Piegala per circa 6 cm a entrambe le estremità del lato lungo facendole fare un angolo retto. In questa maniera si forma una "piattaforma" quadrata di 12 x 12 cm di lato con due "piedini" di 6 cm. Metti la rete dentro il barattolo, con i "piedini" rivolti verso il basso, e allineati con i bordi del foro ricavato sul barattolo.
3
Lungo il perimetro del coperchio realizza in semicerchio una serie di fori. Alla fine, sarà necessario usare del carbone da bruciare nel barattolo per ottenere il calore necessario al funzionamento del motore a vapore. Se il carbone non ha una regolare fonte di ossigeno, non brucerà correttamente. Assicura una corretta ventilazione praticando con un trapano o una perforatrice una serie di fori seguendo uno schema semicircolare lungo il bordo del coperchio del barattolo.
- L'ideale sarebbe che questi fori di ventilazione abbiano un diametro di 1 cm circa.
4
Con un tubo di rame realizza una serpentina. Prendi un tubo di rame duttile lungo circa 6 m e del diametro di circa 6 mm, e prendi la misura di 30 cm da una estremità. Partendo da questo punto, avvolgi il tubo in 5 spire con un diametro di circa 12 cm. Il resto del tubo avvolgilo in 15 spire con il diametro di circa 8 cm. Dovrebbe rimanere un pezzo di tubo di circa 20 cm.
5
Fai passare entrambe le estremità del tubo attraverso i fori di ventilazione. Poi piega entrambe le estremità in maniera che siano dirette verso l'alto, e inseriscile in un altro foro nel coperchio del barattolo. Se non ti è rimasto abbastanza tubo, potrebbe essere necessario srotolare leggermente una delle spire.
6
Inserisci la serpentina e il carbone nel barattolo. Posiziona la serpentina sopra la piattaforma di rete. Con i blocchetti di carbone riempi tutti gli spazi in mezzo e intorno alla serpentina. Chiudi bene il coperchio.
7
Con un trapano fai dei fori in un barattolo di vernice più piccolo per far passare il tubo di rame. Al centro del coperchio di un barattolo da 500 ml pratica un foro di 1 cm di diametro. Sul fianco del barattolo realizza due fori dello stesso diametro: uno vicino alla base e uno sulla stessa verticale ma vicino al coperchio.
8
Nei fori sul lato del barattolo infila un tubo di plastica tappato. Per bucare a misura dei fori al centro di due tappi di sughero, usa le estremità del tubo di rame. Inserisci un pezzo di tubo di plastica da 25 cm in uno dei tappi e un pezzo da 10 cm nell'altro, in modo che siano ben stretti a tenuta stagna e che sporgano appena dall'altra parte dei tappi. Infila il tappo di sughero con il tubo più lungo nel foro che hai realizzato in basso sul barattolo più piccolo, e l'altro tappo con il pezzo di tubo più corto nel foro vicino al coperchio. Ferma i tubi nei tappi di sughero con delle fascette.
9
Collega i tubi del barattolo grande a quelli del barattolo piccolo. Metti il barattolo piccolo sopra quello grande, con i tubi con i tappi rivolti dalla parte opposta ai fori di ventilazione. Con un nastro adesivo metallico collega il tubo che esce dal tappo di sughero inferiore al tubo di rame che prosegue dalla parte inferiore della serpentina. Poi, allo stesso modo, collega il tubo che esce dal tappo superiore con quello che prosegue dalla parte superiore della serpentina.
10
Fai passare un tubo di rame all'interno di una scatola di derivazione. Con un martello e un cacciavite rimuovi la parte centrale di una scatola di derivazione elettrica di metallo. Fissa alla scatola un ferma-filo per cavi elettrici con l'anello di ritenuta all'interno. Nel ferma-filo fai passare 15 cm di un tubo di rame di diametro 1,3 cm, in modo che il tubo sporga alcuni centimetri sotto il foro nella scatola di derivazione. Arrotonda il bordo dell'estremità interna del tubo con un martello. Inserisci questa estremità del tubo nel foro realizzato sul coperchio del barattolo più piccolo.
11
Inserisci uno spiedino in un listello di legno. Prendi un normale spiedino di legno da barbecue e infilalo in un listello di 1,5 cm di legno cavo con un diametro di 1 cm. Metti il listello con lo spiedino all'interno del tubo di rame nella scatola di derivazione, con lo spiedino puntato verso l'alto.
- Lo spiedino e il listello funzioneranno come il "pistone" del motore quando sarà in funzione. Per rendere maggiormente visibile il movimento del pistone, si può attaccare una piccola "bandierina" di carta in cima allo spiedino.
12
Prepara il motore ad essere avviato. Solleva la scatola di derivazione dal barattolo più piccolo e riempilo di acqua, lasciando che questa defluisca all'interno della serpentina, finché il barattolo non è pieno per i 2/3. Controlla che tutti i collegamenti non abbiano perdite e assicurati che tutti i tappi siano ben stretti. Chiudi per bene i coperchi dei due barattoli usando un martello. Riposiziona la scatola di derivazione al suo posto sopra il barattolo piccolo.
13
Accendi il motore! Accartoccia dei fogli di giornale e infilali sotto la rete in fondo al barattolo grande. Quando il carbone ha preso fuoco, lascia che bruci per circa 20-30 minuti. Mentre l'acqua nella serpentina si scalda, si dovrebbe cominciare a sviluppare il vapore nel barattolo superiore. Quando si raggiunge una pressione sufficiente, lo spiedino che fa da pistone viene spinto verso l'alto. Una volta che è stata liberata abbastanza pressione, il pistone viene tirato indietro dalla forza di gravità. Se necessario, si può tagliare qualche pezzetto dello spiedino per ridurre il peso del pistone - più leggero è, più spesso si solleva. Prova a tagliare lo spiedino per ridurlo a un peso tale da far muovere il pistone con una frequenza costante.
- Si può aumentare la velocità del processo di combustione usando un asciugacapelli per pompare aria attraverso i fori di ventilazione.
14
Non trascurare la sicurezza. Probabilmente non è necessario dire che il funzionamento di questo motore a vapore fai-da-te necessita della dovuta attenzione. Non va mai acceso al chiuso. Non va mai accesso nelle vicinanze di materiali infiammabili come foglie secche o rami degli alberi. Accendilo solo su una superficie resistente e non infiammabile, come il cemento. Se ci sono bambini nelle vicinanze, assicurati che ci sia un adulto che li tenga d'occhio. Non far avvicinare i bambini finché il carbone è ancora acceso. Se non hai idea di quali temperature possa raggiungere il motore, considera che è troppo bollente per essere toccato senza ustionarsi.
- Inoltre, accertati che il vapore possa uscire dalla "caldaia". Se il pistone si dovesse inceppare per qualsiasi ragione, la pressione potrebbe aumentare notevolmente nel barattolo superiore. Nel peggiore dei casi potrebbe esplodere, e sarebbe molto pericoloso.
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Consigli

Metti il motore a vapore in una barchetta di plastica, con le parti terminali dei tubi rivolte all'esterno nella parte posteriore, e avrai un giocattolo a vapore. Si può ritagliare una barchetta molto semplice da una vecchia bottiglia di plastica di una bibita o di un detersivo, in modo da rendere il progetto "eco-sostenibile".

Avvertenze

Mentre il motore è acceso, se lo devi spostare, usa un paio di pinze, di tenaglie o un guanto da forno.
Se non hai ben chiaro come costruirlo, non cercare di realizzare un motore a vapore con una caldaia che sia più complesso di quello illustrato sopra. L'esplosione di una caldaia, anche se in miniatura, può comportare gravi lesioni.
In caso sia necessario spostare il motore mentre è in funzione, fai attenzione a non rivolgere le estremità dei tubi verso delle persone, poiché si potrebbero ustionare con il vapore o l'acqua bollente.
Mai in nessun caso i tubi di rame vanno tappati; si possono solo immergere le estremità terminali in acqua. In caso contrario, l'elevata pressione potrebbe far esplodere il tubo comportando potenziali gravi lesioni.

Cose Che Ti Serviranno

Motore a Vapore con la Lattina

Una lattina di alluminio di una bibita
Un taglierino per la latta o un paio di forbici da officina
Un paio di pinze
Una perforatrice per fogli di carta
Una candela da tè
Dei fogli di carta stagnola
Un tubo di rame con diametro 3 mm
Una matita o una spinetta di legno
Dell'acqua
Un contenitore ampio

Motore a Vapore con il Barattolo di Vernice

Un barattolo di vernice da 3 litri (preferibilmente nuovo, o altrimenti lavato con acqua e sapone)
Un barattolo di vernice da 500 ml (come sopra)
6 metri di tubo di rame con diametro 6 mm
Del nastro adesivo metallico
2 tappi di sughero
Una scatola di derivazione elettrica di metallo rotonda
Un ferma-filo adatto alla scatola di derivazione
15 cm di tubo di rame con diametro 1,2 cm
Un pezzo di rete metallica 12 x 24 cm
35 cm di un tubo di plastica dura con diametro 2,5 o 5 mm
2 fascette per i tubi di plastica
Un po' di carbonella da barbecue (meglio se istantanea)
Uno spiedino da barbecue
Un listello di legno cavo lungo 1,5 cm e con diametro di 1 cm
Un cacciavite
Un trapano
Un martello
Un paio di forbici o un taglierino per latta
Un paio di pinze