A Máquina a Vapor

Trabalho elaborado por : 

2º ETIM C.V                                                                                                                 
                                                                                                                                         Isabela J. Silva

Ana Carolina Andrade

Gabriela Oliveira

A primeira ideia de máquina a vapor, foi conhecida em 120 a.C. (século I), foi a chamada "aeolipile", idealizada por Heron, um matemático e físico, de Alexandria (Egipto). Consistia numa pequena esfera de cobre, pequena e oca. Dois canos em forma de L eram fixados nessa esfera e que continha água no seu interior. Colocada em cima do tripé e sobre o fogo, a água fervia e o vapor que saia pelos canos fazia com que a esfera rodasse. Este motor, não realizava nenhum trabalho útil.  

A primeira verdadeira máquina térmica é deixada pelo físico francês Denis Papin que utilizou vapor para impulsionar um mecanismo com êmbolo e cilindro. Foi Papin que inventou um aparelho semelhante à panela de pressão e, para evitar que explodisse, concebeu a primeira válvula de segurança conhecida.

 Em 1698, surgiu a primeira máquina a vapor de interesse industrial, idealizada por Thomas Savery, um engenheiro militar e mecânico inglês. Essa máquina eram uma bomba que tinha por objectivo retirar água dos poços de minas de carvão, porém poderia explodir devido à utilização de vapor a alta pressão. A bomba de Savery possuía válvulas operadas manualmente, abertas para permitir a entrada de vapor num 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, o inglês Thomas Newcomen, um ferreiro inglês, aperfeiçoando as máquinas de Savery e Papin, idealizou uma nova máquina térmica. Esta máquina tinha como objectivo o esvaziamento da água de infiltração das minas, mas esta poderia ser utilizada em minas mais profundas com menor risco de explosões e que, além de elevar a água, poderia elevar cargas. Esta máquina era uma máquina a vapor de êmbolo. Esta máquina de Thomas foi um sucesso na Europa durante o século XVIII.


A Máquina a Vapor

A máquina a vapor não foi só inventada por James Watt, foi também Thomas Newcomen (a quem raramente é atribuído este crédito), mas James Watt é considerado o criador da máquina a vapor pois foi James Watt quem produziu os avanços que seriam decisivas a esta nova tecnologia.

James Watt, em 1765, estudando uma maneira de aumentar a eficiência, pois a máquina era lenta devido á inacção de aquecer e esfriar a água e minimizar os custos do carvão da máquina de Newcomen, apesar do preço do carvão ser baixo porque era abundante na natureza, elaborou uma outra máquina com um condensador que minimizava as perdas de calor e também uma caldeira para gerar vapor. Também inventou o paralelogramo de Watt, em 1781, um dispositivo para transformar o movimento de vai e vem em rotação. Uma grande haste ligada e uma biela e um eixo manivela. Que hoje é usada na mecânica de um carro. Este nova maquina usava menos 75% do carvão que das maquinas de Newcomen.

Maquina 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 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.

AS USINAS TERMELETRICA
   
Uma usina termelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de um processo que consiste em três etapas. 

Nas usinas térmicas convencionais, a primeira etapa consiste na queima de um combustível fóssil, como carvão, óleo ou gás, transformando a água em vapor com o calor gerado na caldeira. 

A segunda consiste na utilização deste vapor, em alta pressão, para girar a turbina, que por sua vez, aciona o gerador elétrico. 

Na terceira etapa, o vapor é condensado, transferindo o resíduo de sua energia térmica para um circuito independente de refrigeração, retornando a água à caldeira, completando o ciclo. 

Como Funciona 

A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina - fazendo com que esta gire - e no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - é que transforma a potência mecânica em potência elétrica. 

A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. 

Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores. 

Usina Termelétrica - Ciclo Combinado 

Turbina a gás: 

A expansão dos gases resultantes da queima do combustível (óleo diesel ou gás natural) aciona a turbina a gás, que está diretamente acoplada ao gerador e, desta forma, a potência mecânica é transformada em potência elétrica. 

Turbina a vapor: 

O funcionamento é exatamente igual ao descrito para usina termelétrica convencional, porém a transformação da água em vapor é feita com o reaproveitamento do calor dos gases de escape da turbina a gás, na caldeira de recuperação de calor. 

Benefícios - Uma das vantagens desse tipo de instalação é a possibilidade de localização próxima aos centros consumidores, diminuindo a extensão das linhas de transmissão, minimizando as perdas de energia que podem chegar até a 16%. 


- Malefícios - Contribuem para o aquecimento global através do Efeito estufa e da chuva ácida. A queima de gás natural lança na atmosfera grandes quantidades de oxidantes e redutores, que se entrar em contato com o ser humano, pode acarretar doenças como diarréia; além de ser um combustível fóssil que não se recupera. O Brasil lança por ano 4,5 milhões de toneladas de carbono na atmosfera, com o incremento na construção de usinas termelétricas esse indicador chegará a 16 milhões.

( documentário "James Watt e a Máquina a Vapor")