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.
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 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.
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 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.
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.