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.

Revolução industrial

Início

Inglaterra - século XVIII.

Características

Produção industrial em larga escala voltada para o mercado mundial.

Uso intensivo de máquinas - mecanização da indústria.

Construção de estradas de ferro, locomotivas, vagões, navios e máquinas industriais.

Personagens

Thomas Newcomen , James Watt , George Stephenson, Matthew Boulton, Alessandro Volta e Thomas Edison.

George Stephenson       Alessandro Volta     Thomas Edison

Datas e Fatos Importantes

1698 - Newcomen inventa uma máquina para drenar a água acumulada nas minas de carvão. Patenteada em 1705, foi a primeira máquina movida a vapor.

1765 - Watt aperfeiçoa o modelo de Newcomen. Seu invento deflagra a revolução industrial e serve de base para a mecanização de toda a indústria. Stephenson revoluciona os transportes com a invenção da locomotiva a vapor.

           

1785 - Boulton começa a construir as máquinas projetadas por Watt.

Conseqüências

Uso intensivo da eletricidade

Desenvolvimento da física, da química e dos processos industriais.

Novos Personagens

LavoisierBoyleBuffon

Máquinas a vapor

Até a invenção da máquina a vapor praticamente só se dispunha de duas máquinas como fonte de energia na Europa: a roda hidráulica e o moinho de vento, que quando muito ofereciam 10 cavalos de energia. A maior roda hidráulica de toda a Europa foi construída para servir às necessidades do Palácio de Versalhes na França, em 1682, durante o reinado de Luís XIV, funcionando bem chegava a produzir 75 cavalos de energia.

Não foi fácil chegar à máquina a vapor. Até o século XVIII não havia uma idéia clara sobre os gases, que freqüentemente eram considerados substâncias misteriosas. Dênis Papin, físico francês, expôs em 1690, uma idéia que se constituiu no ponto de partida para aqueles que inventaram a máquina a vapor. Dizia ele:

As idéias de Papin foram aperfeiçoadas e testadas por Thomas Newcomen e por James Watt. Em 1712 ficou pronto o primeiro motor de Newcomen, o princípio desse motor era bem simples.

Baseava-se no mesmo fenômeno verificado por Papin: o de que, ao passar do estado gasoso para o líquido, a água tem seu volume diminuído. Entretanto, o motor de Newcomen era lento, desenvolvia apenas 5 HP, mas se constituía no mais eficiente

meio para bombear água naquele momento. Em meados do século XVIII, os motores Newcomen já estavam bem aperfeiçoados; os engenheiros da época tentaram adaptá-los para impulsionar outras máquinas. Em 1780, James Watt, utilizando um sistema de engrenagens planetárias, construiu um novo motor que adaptava um condensador especial, separado do pistão, para resfriar o vapor, dando grande eficiência ao motor que chegou a produzir mais de 1000 HPs.

 

A INDÚSTRIA TÊXTIL

 

O desenvolvimento da máquina a vapor deu um grande impulso na indústria têxtil que tem sido considerada um exemplo clássico de desenvolvimento fabril na Revolução Industrial.

Por milhares de anos, os povos usaram de um mesmo método para fiar a lã em estado natural. Realizada a tosquia do carneiro, as fibras de lã eram lavadas e enroladas em cordões, secadas eram amarradas a fusos pesados. A fiação era feita uma a uma, manualmente.

Em 1755, John Kay, inventou a lançadeira volante, que trabalhando com mais fios, possibilitou aumentar a largura dos tecidos e a velocidade da fabricação.

Em 1764, James Hargreaves, inventou a maquina de fiar que consistia em uma quantidade de fusos dispostos verticalmente e movidos por uma roda, além de uma gancho que segurava diversos novelos.

Em 1769, Richard Arkwright, desenvolveu uma máquina que se associava à máquina a vapor. Essas máquinas passaram a ter uma importância crescente com a substituição da lã pelo algodão. Este era fiado com mais facilidade, e por sua abundância nas plantações do Sul dos EUA permitiu grande desenvolvimento da indústria têxtil.

 

A METALURGIA

 

O uso do minério de ferro na confecção de instrumentos e artefatos para auxiliarem o dia-a-dia do homem data da pré-história. Fazendo fogueiras o homem percebeu que algumas pedras se derretiam com o calor e passou a moldá-las. Desde esse momento, vários povos se utilizam da metalurgia. Entretanto, foi durante a Revolução Industrial que novos métodos de utilização do minério de ferro generalizaram essa matéria prima. Entretanto, os ingleses já dispunham de altos fornos para trabalhar o ferro desde o século XV.

A abundância de carvão mineral na Inglaterra possibilitou a este país, substituir as máquinas confeccionadas em madeira por ferro. No processo da chamada Segunda

Revolução Industrial, Henry Bessemer, estabeleceu um método inovador de transformação do ferro em aço. Por sua resistência e por seu baixo custo de produção, o aço logo suplantou o ferro, transformando-se no metal básico de confecção de instrumentos e utilitários.

http://cref.if.ufrgs.br/~leila/vapor.htm

http://www.im.ufrj.br/dmm/projeto/diversos/exp71.html

http://www.adorofisica.com.br/trabalhos/fis/equipes/maquinasavapor/maquinavapor.htm