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terça-feira, 12 de maio de 2015

Máquina a Vapor (Termodinâmica)

Máquina a vapor estacionária Fives-Lille que foi utilizada de 1877 a 2003
motor a vapor ou ainda máquina a vapor é o dispositivo inventado para dar movimento a outras máquinas, cujo combustível para acionar seu conjunto é o vapor d'água. Desenvolvido no século XVIII, sua tecnologia continuou a ser utilizada e aperfeiçoada até o início do século XX.
eus princípios básicos, porém, já haviam sido explorados, em especial pelo matemático e engenheiro greco-egípcio Hierão de Alexandria, que já no século I a.C. explorava o vapor como força motriz, por meio de sua invenção, a eolípila.
Denis Papin e Thomas Savery, no final do século XVII, desenvolvem os primeiros motores a vapor de uso prático e de interesse industrial, mas a verdadeira revolução na área foi a criação de Thomas Newcomen em 1712, do chamado "motor de Newcomen", que foi o primeiro tipo de motor a vapor a ser amplamente usado. O próximo grande avanço seria realizado por James Watt, em 1769, que criou uma máquina com um condensador que minimizava as perdas de calor e que possuía outras finalidades como propulsão de moinhos e tornos, com o movimento de rotação substituindo o de sobe e desce.
A partir das modificações de Watt, os motores a vapor passaram a movimentar as primeiras locomotivas, barcos, fábricas, além de fundições e minas de carvão. e, dessa forma, constituíram a base da Revolução Industrial.
As indústrias, utilizando máquinas à vapor, espalharam-se rapidamente pelos quatro cantos da Europa. O capitalismo ganhava um novo formato.
Um típico motor a vapor de pistão, amplamente empregado nas locomotivas funcionava a partir de um válvula corrediça, responsável por permitir que o vapor em alta pressão entrasse em qualquer lado do cilindro. Para a válvula deslizar, é necessária uma haste de comando, geralmente conectada a uma ligação com uma cruzeta. O vapor é depois liberado na atmosfera pela chaminé. Esse fato explica duas coisas sobre locomotivas a vapor:
  • a água é constantemente perdida com a descarga de vapor, razão pela qual sempre vemos grandes torres de água presentes nas estações, empregadas no reabastecimento do trem, ainda preservadas em antigas estações ou mesmo nos filmes de época.
  • o som característico de uma locomotiva a vapor é vindo da válvula que abre o cilindro para liberar a descarga de vapor, que escapa em pressão muito alta, fazendo o assovio característico quando o vapor sai.
  • A ciência descobriu a utilidade do carvão como meio de fonte de energia e a partir daí desenvolveram simultaneamente a máquina a vapor e a locomotiva.
Numa locomotiva a vapor, a cruzeta normalmente se liga à haste motriz, e daí às hastes de acoplamento, responsáveis pelo acionamento das rodas da locomotiva, e que por sua vez, se conecta a uma das três rodas motrizes. As três rodas são conectadas por hastes de acoplamento de modo que girem em uníssono, juntas.
Os primeiros automóveis utilizavam motores a vapor, mas foi aos poucos sendo substituído pelo motor de combustão interna, alimentado por gasolina. Eles eram mais seguros (o vapor poderia espirrar quando o dono tentasse manusear o motor) e seu acionamento era mais rápido (motores a vapor necessitavam que sua água esquentasse até o ponto de vapor, como numa chaleira).
First locomotive patented by Thomas Savery in 1698
No final do século XVII, Thomas Savery utilizou uma máquina a vapor pela primeira vez para retirar água de poços de minas. Esta máquina permitia transformar a energia armazenada no vapor quente em energia utilizável e preconizava a utilização intensiva desta fonte de energia na indústria, substituindo o aproveitamento da energia eólica e hídrica, dependente das condições meteorológicas e portanto imprevisível. Esta substituição progressiva esteve na origem da Revolução Industrial, ao modificar profundamente os meios de transporte.
Industrial Revolution- James Watt, steam engineering
Na máquina de Savery, o vapor, proveniente de água aquecida até à ebulição numa caldeira, entrava numa câmara. Esta câmara, depois de fechada a entrada de vapor, era arrefecida por aspersão com água fria, o que provocava a condensação do vapor no seu interior. O vácuo criado desta forma era então aproveitado para puxar água da mina.
Várias modificações foram introduzidas, incluindo o acoplamento de um cilindro e de um êmbolo, por Newcomen, até que, em 1763, James Watt concluiu que o rendimento energético aumentaria significativamente se a condensação do vapor decorresse no exterior do cilindro, ou seja, se o aquecimento e o arrefecimento se fizessem em zonas distintas. Em conjunto, estas inovações permitiram a aplicação da máquina a vapor à indústria e aos transportes, dando um grande contributo para a Revolução Industrial.
Parsons steam turbine generator, 1889. at Science and Society Picture Library

Foi somente no final do século XIX que Charles Algernon Parsons apresentou a turbina a vapor, que além de apresentar um melhor rendimento produzia diretamente um movimento rotativo, o que evitava o recurso a complicados sistemas de transmissão para transformar o movimento de vaivém do pistão em movimentos rotativos.
Embora a máquina a vapor tenha tido uma extensa utilização, já é praticamente impossível encontrar este tipo de mecanismo. No entanto, a geração de eletricidade em centrais termoelétricas ou nucleares é feita recorrendo à produção de vapor, que depois circula numa turbina acoplada a um gerador.

http://www.infopedia.pt/$maquina-a-vapor

Bibliografia:
BRAIN, Marshall. Como funcionam os motores a vapor. Disponível em: <http://ciencia.hsw.uol.com.br/motor-a-vapor1.htm>. Acesso em: 20 ago. 2012.
Máquina a vapor. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/~leila/vapor.htm>. Acesso em: 20 ago. 2012.
Arquivado em: TecnologiaTermodinâmica

Um comentário:

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