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O QUE É E COMO FUNCIONA UMA MÁQUINA A VAPOR

 

O que é uma Máquina a Vapor

É a denominação dada a qualquer motor que funcione pela transformação da energia térmica em energia mecânica através da expansão do vapor de água. A pressão adquirida pelo vapor é utilizada para deslocar êmbolos que permitem o movimento das rodas de potentes locomotivas. Pode ainda ser empregada, pela transformação em energia cinética, ou energia de movimento, em imensas turbinas que impulsionam geradores elétricos e gigantescos transatlânticos. Bombas, bate-estacas e muitas outras máquinas potentes são comandadas por máquinas a vapor.

O desenvolvimento da máquina a vapor no séc. XVIII contribuiu para a expansão da indústria moderna. Até então, os trabalhos eram executados na dependência exclusiva da potência dos músculos dos operários e da energia animal, do vento ou da água. Uma única máquina a vapor realizava o trabalho de centenas de cavalos. Fornecia a energia necessária para acionar todas as máquinas de uma fábrica. Uma locomotiva a vapor podia deslocar cargas pesadas a grandes distâncias em um único dia. Os navios a vapor ofereciam transporte rápido, econômico e seguro.


Como Funciona uma Máquina a Vapor

Uma máquina a vapor não cria energia, utiliza o vapor para transformar a energia calorífica liberada pela queima de combustível em movimento de rotação e movimento alternado de vaivém, a fim de realizar trabalho. Uma máquina a vapor possui uma fornalha, na qual se queima carvão, óleo, madeira ou algum outro combustível para produzir energia calorífica. Em uma usina atômica, um reator funciona como uma fornalha e a desintegração dos átomos gera o calor. Uma máquina a vapor dispõe de uma caldeira. O calor proveniente da queima de combustível leva a água a transformar-se em vapor no interior da caldeira. O vapor expande-se, e ocupa um espaço muitas vezes maior que o ocupado pela água. Essa energia da expansão pode ser aproveitada de duas formas: (1) deslocando um êmbolo num movimento de vaivém ou (2) acionando uma turbina.

Máquinas a Vapor de Êmbolo: As máquinas a vapor deste tipo possuem êmbolos que deslizam com um movimento de vaivém no interior de cilindros. Vários sistemas de válvulas permitem a admissão do vapor no cilindro e a conseqüente impulsão do êmbolo, primeiro em um sentido e depois em outro, antes de deixar escapar o vapor já usado. Estas máquinas são geralmente denominadas máquinas de movimento alternado, ou alternativo, por causa do movimento de vaivém, ou alternado, dos seus êmbolos. Os martelos a vapor utilizados para cravar estacas e os empregados para forjar metais requerem este tipo de movimento. Uma locomotiva, entretanto, necessita de um movimento giratório para acionar suas rodas. Esse movimento giratório é obtido ligando-se um virabrequim ás extremidades dos êmbolos. Em alguns tipos de máquinas a vapor de movimento alternado, denominadas máquinas compound, ou de sistema, o vapor flui através de quatro cilindros de diâmetros crescentes e opera quatro êmbolos.

História

Herão, matemático e físico que viveu em Alexandria, Egito, descreveu a primeira máquina a vapor conhecida em 120 a.C. A máquina consistia em uma esfera metálica, pequena e oca montada sobre um suporte de cano proveniente de uma caldeira de vapor. Dois canos em forma de L eram fixados na esfera. Quando o vapor escapava por esses canos em forma de L a esfera adquiria movimento de rotação. Este motor, entretanto, não realizava nenhum trabalho útil. Centenas de anos depois, no séc. XVII, as primeiras máquinas a vapor bem-sucedidas foram desenvolvidas.

As Primeiras Máquinas a Vapor operavam utilizando-se mais da propriedade de o vapor condensar-se de novo em líquido do que de sua propriedade de expansão. Quando o vapor se condensa o liquido ocupa menos espaço que o vapor. Se a condensação tem lugar em um recipiente fechado, cria-se um vácuo parcial ou uma sucção que pode realizar trabalho útil.

Em 1698 Thomas Savery (1650-1715), mecânico inglês, patenteou a primeira  maquina vapor realmente prática, uma bomba para drenagem de água de minas. A bomba de Savery possuía válvulas operadas manualmente, abertas para permitir a entrada do vapor em um recipiente fechado. Despejava-se água fria no recipiente para resfria-lo e condensar o vapor. Uma vez condensado o vapor, abria-se uma válvula de modo que o vácuo no recipiente aspirasse a água através de um cano.

Em 1712, Thomas Newcomen (1663 - 1729), ferreiro inglês, Inventou outra máquina a vapor para esvaziamento das águas de infiltrações das minas. A máquina de Newcomen possuía uma viga horizontal à semelhança de uma gangorra, da qual pendiam dois êmbolos, um em cada extremidade. Um êmbolo permanecia no interior de um cilindro. Quando o vapor penetrava no cilindro, forçava o êmbolo para cima, e acarretava a descida da outra extremidade da viga. Borrifava-se água fria no cilindro, o vapor se condensava e o vacuo sugava o êmbolo de novo para baixo. lsto elevava o outro extremo da viga, que se ligava ao êmbolo de uma bomba na mina.

A Máquina de Watt. Quando James Watt, engenheiro escocês, iniciou suas experiências em 1763, a máquina de Newcomen era a melhor e a mais utilizada. Watt estudou-a detalhadamente e concluiu que utilizava enorme quantidade de vapor e portanto grande quantidade de combustível. Watt observou que o aquecimento e o resfriamento alternados do cilindro desperdiçavam muito calor. Com base nessas. observações, inventou uma máquina em que o condensador e o cilindro eram recipientes separados. O cilindro sempre permanecia quente, O que economizava 3/4 do combustível. Esse aperfeiçoamento permitiu que se evitasse o desperdício de vapor pela condensação ao entrar em contato com o cilindro frio.

Watt registrou sua primeira patente de uma máquina a vapor em 1769, e prosseguiu os aperfeiçoamentos das máquinas. Talvez seu feito mais importante seja o uso do principio da dupla ação. Nas máquinas baseadas nesse princípio, o vapor é primeiramente utilizado sobre uma das faces do êmbolo, e depois sobre a outra. Watt também introduziu o método de conter o vapor quando o cilindro estava parcialmente cheio, o que permitia a expansão do vapor já no cilindro, completando o movimento do embolo. Muitas pessoas, por equívoco, atribuem a Watt a invenção da máquina a vapor. Mas ele apenas a aperfeiçoou. Reduziu o custo de operação das máquinas com condensação e tornou-a práticas para outros tipos de aplicações além do bombeamento.

Máquinas a Vapor Modernas. O principal melhoramento introduzido nas máquinas de Newcomen e de Watt no decorrer dos anos foi o desenvolvimento de máquinas capazes de operarem com vapor de alta pressão. Watt não experimentou o vapor de alta pressão, pois temia uma explosão. Às pressões nas suas máquinas não ultrapassavam a pressão do ar, 1kg/cm2. No final do séc. XVIII e Início do séc. XIX Richard Trevithick engenheiro e inventor inglês construiu as primeiras maquinas a vapor de alta pressão. Uma das suas primeiras máquinas operava sob 2kg de pressão. Em 1815, Oliver Evans, engenheiro norte-americano, construiu uma máquina a vapor sob pressão relativamente elevada, 14kg. Hoje muitas maquinas a vapor operam sob uma pressão superior a 7Okg/cm2.

Outros melhoramentos introduzidos nas máquinas a vapor incluem o desenvolvimento da máquina compound e o uso do vapor superaquecido. No superaquecimento, a temperatura do vapor é elevada a mais de 3700C sem que haja aumento de pressão. Isto ajuda a evitar que o vapor admitido se condense sobre as superfícies do cilindro do êmbolo, pois o vapor superaquecido não esfria tão rapidamente quanto o vapor em condições normais, No fim do séc, XIX. a invenção das turbinas a vapor representou grande avanço no campo das máquinas a vapor. As turbinas a vapor constituem uma fonte econômica de energia para acionar geradores elétricos e hélices de navios a vapor.
 

Fonte:  Enciclopédia Delta Universal.

 

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23022004

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