A evolução da máquina a vapor e da propulsão de embarcações .

EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA E ENGENHARIAProf.:Fernando AmorimAluno: Leandro Muniz de ValeDRE: 107349498

Por muitos séculos a tração animal foi a única fonte de força utilizada para realizar trabalho (o próprio homem, gado, cavalo, camelo, etc.). A força humana foi utilizada pelas primeiras máquinas simples criadas pelo homem, tais como alavancas, esteiras, cordas e polias.

NAVEGAÇÃO NA ANTIGUIDADE

Navio egípcio subindo o Nilo, o que se pode deduzir da vela içada e da atividade dos remadores. Pintura do túmulo de Snefru (2680-2565 A.C.).

NAVEGAÇÃO NA ANTIGUIDADE

Os romanos desenvolveram os navios mercantes à vela, que tinham grande capacidade de carga e facilidade de manobra por aproveitarem a força do vento de forma mais eficiente.

As Primeiras Maquinas térmicas No primeiro século da era cristã, Heron, matemático e físico que viveu na

Alexandria, Egito, construiu uma espécie de turbina a vapor, chamada eolípila. Contudo, embora houvesse um movimento da esfera, nenhum trabalho útil era produzido por esse movimento e o sábio não conseguiu ver nenhuma utilidade prática para seu invento.

Centenas de anos depois, no séc. XVII, as primeiras máquinas à vapor bem - sucedida foram desenvolvidas.

HISTÓRICO O suprimento de carvão e ferro minerados a superfície estava quase esgotado.

As minas profundas estavam sendo alagadas por fontes subterrâneas tornando-se, assim, inexploráveis. Um novo sistema deveria ser encontrado para esgotar a água.

Rodas de água de 7 metros de diâmetro eram movimentadas para içar enormes baldes de água, presos a sarilhos e roldanas, trabalho este que equivalia a 500 cavalos. Mas, ainda assim, contra o alagamento era uma batalha perdida. A

prosperidade do reino corria grande risco. O Rei Carlos II apelou para a Sociedade Real de Cientistas para que encontrasse uma solução para o problema.

1698 - Thomas Newcomen, em Staffordshire, na Grã-Bretanha, instala um

motor a vapor para esgotar água em uma mina de carvão.

Caracteríticas: Consumia 35 dcm³ de carvão e tinha a capacidade de elevar 2,5 toneladas de água(5 HP).

Esta foi a primeira máquina comercializada que fazia uso da sucção por condensação do vapor e utilizada para retirar água de minas de carvão.

1765 - James Watt, na Grã-Bretanha, introduz o condensador na máquina de Newcomen, componente que aumenta consideravelmente a eficiência do motor a vapor;

A máquina de Newcomen, que usava a mesma câmara para alternar vapor aquecido e vapor resfriado condensado, desperdiçava combustível. Por isso, James Watt projetou uma câmara condensadora separada, reduzindo consumo de combustível em 75%.

Essa máquina corresponde aproximadamente à moderna máquina a vapor, e possuía aproximadamente 20 HP de potência.

Motor a Vapor

Transformações de Energia

O calor é utilizado para realizar trabalho, essa energia de expansão pode ser aproveitada de duas formas: (1) deslocando um êmbolo num movimento vaivém ou (2) acionando uma turbina.

Energia Química Energia térmica

Energia Mecânica

Turbina a vapor

As turbinas a vapor são máquinas de combustão externa então o calor necessário para a ebulição do condensado e para o superaquecimento posterior deve ser transferido dos produtos de combustão ao fluído de trabalho através das serpentinas no interior da caldeira.

1803 - Robert Fulton desenvolveu uma embarcação a vapor na Grã-Bretanha;

O primeiro navio comercial de sucesso foi o "North River Steamboat" Ela fez sua viagem inaugural em 1807, pelo rio Hudson de Nova York a Albany, que fez a distância de ida e volta de quase 483 km em 62 horas.

L: 40 mB: 4,9 mT: 2,1 mV: 4,2 nós

1819 -Primeiro navio a utilizar a energia a vapor em uma travessia transatlânticas

SS Savannah foi construido originalmete como uma veleiro,sendo ,posteriormente, convertido para um navio a vapor(inclusão de um motor de 90HP acoplado a duas rodas de pás). Com isso, ganhou o prestígio de ser o primeiro navio a vapor a serviço transatlânticos. A viagem de New Jersey a Liverpool durou 27 dias, período no qual os motores funcionavam por 85 horas.

SS SavnnahL: 30 mB: 7,6 mT: 4,3 m

Revolução Industrial

• Nesse período, a humanidade continuou sua busca incessante por novas tecnologias. Com uma economia muito mais sólida e a certeza de que a chave para o progresso são as pesquisas, as potências mundiais deram as condições necessárias para que cientistas e pesquisadores pudessem criar novas e melhores máquinas, fato que ocorre até hoje.

• A partir dessa mentalidade tecnológica que tomou conta dos principais países do mundo, surgiram admiráveis e importantíssimas criações, tais como: os motores de combustão interna e as turbinas a vapor.

Motor de Combustão Interna (M.C.I) 1824 - Nicolas Léonard Sadi Carnot (França), estabeleceu a teoria

fundamental dos motores à combustão interna de dois tempos.

O rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode alcançar.

1840 – O navio a vapor Britannia realiza a travessia do atlântico em 12 dias, utilizando apenas a propulsão motorizada, embora fosse provido de velame.

Os motores já possuíam a os inovadores condensadores patenteados por

Samuel Hall, que impedem a salinização das caldeiras. A partir daí estava marcada a era dos vaporeiros oceânicos

O Britannia estabelece um recorde de velocidade: 10,9 nós (20,1Km/h). Potência:750 HP

L: 40 mB: 4,9 mT: 2,1 mV: 4,2 nós

L: 63 mB: 10 mT: 5,1 m

1843 – SS Great Britain, projetado por Isambard Kingdom Brunel, foi o primeiro transatlântico a ter casco e hélice propulsor de ferro.

A hélice só se tornou popular quando Isambard decidiu aplica-la em vez de uma de uma roda de água, o que comprovou a superioridade dos hélices.

L: 92,2 mB: 15,4 mT: 5,0 mV:12,5 nósPotência: 1000 HP

MÁQUINAS ALTERNATIVAS – M.C.I1867 - Nicolaus Otto desenvolveu o primeiro motor gás atmosférico.

Desenvolveu idéia do ciclo de quatro tempos de movimento do êmbolo – ou o Ciclo de Otto. com Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, desenvolveram o primeiro motor quatro tempos.

O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se por ter sua ignição por faísca.

A grande novidade era a invenção de Jean-Joseph-Etienne Lenoir – um motor que queimava gás natural. Porém, era ineficiente e barulhento.

MAQUINAS ALTERNATIVAS – M.C.I1900 - O engenheiro alemão Rudolf Diesel patenteou um motor à combustão de

elevada eficiência, demonstrando em 1900, um motor movido a óleo de amendoim, cuja tecnologia leva seu nome até hoje.

Os motores a Diesel caracterizam-se pela ignição por compressão. O fluido de trabalho (normalmente ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama.

1910 – Lançamento do transatlântico RMS Olympic. Neste período a imigração pra a América era intensa, grande era a procura por novas oportunidades em virtude da miséria e fome que assolava a Europa. Assim, existia grande disputa entre as maiores companhias marítimas, que por sua vez projetavam embarcações cada vez maiores a fim de atender o crescente mercado.

L: 269 mB: 28 m T: 19,7 mD: 54 mV: 23 nósTripulação : 2223 pessoas

Potência:2 Máquinas de expansão de 15000 HP (hélices laterais),

1 turbina de 16000 HP(hélice central)

CONCLUSÕES

• Poucas invenções foram tão importantes para a história da humanidade como a máquina a vapor. Primeiro dispositivo capaz de transformar o calor em energia mecânica com eficiência suficiente para substituir a tração animal, pode ser considerada uma das grandes responsáveis pela Revolução Industrial no século XIX.

• As mercadorias passaram a ser transportadas com maior rapidez e facilidade, os

novos navios, transportavam cargas cada vez mais pesadas, a distâncias cada vez maiores, com um custo cada vez menor, o que dinamizou a economia; Além da

consolidação do transporte de passageiros pelas rotas transatlâticas. Portanto, a navegação a vapor foi assim um elemento fundamental para o progresso do comércio internacional.

Referências

• Faculdade de Engenharia Mecânica - UNICAMP. (s.d.). Fonte: http://www.fem.unicamp.br • Instituto de Física - UFRGS. (s.d.). Fonte: http://cref.if.ufrgs.br • Negro, G. I. (2004). Termodinâmica. Prentice-Hall. • Poder Naval Online. (s.d.). Fonte: http://www.naval.com.br • Taylor, C. F. (1988). Análise dos Motores de Combustão interna. São Paulo: E. Blucher.• O crepúsculo da arrogância. Mario wittler• http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_a_vapor• http://pt.wikipedia.org/wiki/SS_Great_Britain• http://pt.wikipedia.org/wiki/RMS_Olympic