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Máquinas
À 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 elétricos 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 acionar 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,
econômica e seguro.
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 atômica um reator 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) acionando uma turbina.
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 conseqüente 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 acionar 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 flui através de quatro cilindros de diâmetro e opera quatro êmbolos.
HISTÓRIA
Herão, matemático e físico que viveu na Alexandria, Egito, 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.
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.