Máquinas a Vapor
É a denominação
dada a qualquer motor que funcione pela transformação de energia
térmica em energia mecânica através da expansão do vapor de água. A
pressão adquirida pelo vapor é utilizada para deslocar êmbolos que permite
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 eléctricos e gigantescos
transatlânticos. Bombas, bate-estacas e muitas outras máquinas são
comandadas por máquinas à vapor.
O desenvolvimento
da máquina à vapor no século XVIII contribuiu para a expansão da indústria
moderna. Até então, os trabalhadores era executados na dependência
exclusiva da potência dos músculos dos operários e da energia animal. Do
vento ou da água. Uma única máquina à vapor realizava o trabalho de
centenas de cavalos. Fornecia a energia necessária para accionar todas as
máquinas de uma fábrica. Uma locomotiva à vapor podia deslocar cargas
pesadas a grandes distância em um único dia. Os navios à vapor ofereciam
transporte rápido, económica e seguro.
Como funciona uma máquina à vapor
Uma máquina
à 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, afim de realizar trabalho. Uma máquina à
vapor possui uma fornalha, na qual se queima carvão , óleo, madeira ou
algum outro combustível para produzir energia calorífica. Em uma usina
atómica um reactor funciona como uma fornalha e a desintegração dos átomos
gera o calor. Uma máquina à vapor dispõe de uma caldeira. O calor
proveniente da queima de combustível leva a água a transformar-se, e ocupa
um espaço muitas vezes maior que o ocupado pela água.
Essa energia
de expansão pode ser aproveitada de duas formas: (1) deslocando um êmbolo
num movimento vaivém ou (2) accionando uma turbina.
Maquina a vapor de êmbolo
As máquinas à
vapor desse tipo possuem êmbolos que deslizam com um movimento vaivém no
interior do cilindro. Vários sistemas de válvulas permitem a admissão do
vapor no cilindro e a consequente impulsão da 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 vaivém, ou alternado de seus êmbolos.
Os martelos à 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 accionar suas rodas. Esse
movimento giratório é obtido ligando-se um virabrequim às extremidades do
êmbolo. Em alguns tipos de máquinas à vapor de movimento alternado,
denominado máquina compound, ou de sistema, o vapor flúi através de quatro
cilindros de diâmetro e opera quatro êmbolos.
HISTÓRIA
Herão,
matemático e físico que viveu na Alexandria, Egipto, descreveu a primeira
máquina à 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 escapa 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 à vapor
bem - sucedida 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 líquido ocupa menos espaço que o vapor. Se a condensação tem um lugar em
um recipiente fechado, cria-se um vácuo parcial, que pode realizar
trabalho útil.
Em
1698, Thomas Savery (1650-1715), mecânico inglês, patenteou a primeira
máquina à vapor realmente prática, uma bomba para drenagem de água de
minas. A bomba de Savery possuía válvulas operadas manualmente, abertas
para permitir a entrada de vapor em um recipiente fechado. Despejava-se
água fria no recipiente para resfriá-lo e condensar o vapor. Uma vez
condensado o vapor, abria-se uma válvula de modo que vácuo no recipiente
aspirasse a água através de um cano.
Em
1712, Thomas Newcomen (1663-1729), ferreiro inglês, inventou outra máquina à
vapor para esvaziamento da água de infiltração 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 decida de outra extremidade. Borrifa-se
água fria no cilindro, o vapor se condensava e o vácuo sugava o êmbolo de
novo para baixo. Isto elevava o outro extremo da viga, que se ligava ao
êmbolo de uma bomba na mina.
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