![\"Motor](\"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/wp-content\/uploads\/2016\/07\/motor-a-vapor-01.jpg\" "\\"Motor")
\nMotor a Vapor<\/strong><\/p>\n
O motor<\/strong> a vapor<\/strong> criou a base para a industrializa\u00e7\u00e3o. Em apenas alguns anos ele se tornou a for\u00e7a de trabalho nas f\u00e1bricas e minas.<\/p>\n Um dos primeiros motores de pist\u00e3o foi desenvolvido pelo f\u00edsico franc\u00eas Denis Papin em 1690. Esta pequena inven\u00e7\u00e3o consistia de um cilindro que ao mesmo tempo servia como um boiler, movido principalmente a ar, em vez de press\u00e3o a vapor<\/strong>.<\/p>\n No final do s\u00e9culo XVII, engenheiros como o Marqu\u00eas de Worcester e Thomas Savery tamb\u00e9m constru\u00edram alguns dos primeiros motores a vapor<\/strong>. O motor<\/strong> de Savery foi usado como bomba para drenar \u00e1gua dos t\u00faneis de minas.<\/p>\n Em 1705 o ingl\u00eas Thomas Newsomen desenvolveu os primeiros motores a vapor<\/strong> realmente eficazes com um boiler a vapor<\/strong>, cilindro e pist\u00e3o. Neste chamado motor<\/strong> de viga, uma grande viga balan\u00e7ava para cima e para baixo, transferindo a energia do pist\u00e3o que movia dentro do cilindro. Quando o pist\u00e3o se levantava, o vapor<\/strong> entrava no cilindro e condensava; a press\u00e3o do ar for\u00e7ava o pist\u00e3o a descer novamente.<\/p>\n O engenheiro escoc\u00eas James Watt aprimorou a constru\u00e7\u00e3o de Newcomen que n\u00e3o tinha um custo efetivo devido \u00e0 perda de calor. Ele ent\u00e3o foi considerado o pai do motor<\/strong> a vapor<\/strong> moderno. O primeiro avan\u00e7o importante de sua autoria foi a constru\u00e7\u00e3o de um motor<\/strong> com um espa\u00e7o separado para condensar o vapor<\/strong>.<\/p>\n Essa constru\u00e7\u00e3o, que foi patenteada em 1769, melhorou a efici\u00eancia consideravelmente. A perda de vapor<\/strong> resultante do aquecimento e esfriamento do cilindro foi praticamente eliminada com este motor<\/strong>.<\/p>\n O uso de \u00e1gua a vapor<\/strong> em vez de press\u00e3o de ar nos motores de Watt tamb\u00e9m fez uma diferen\u00e7a fundamental. Mais tarde, Watt inventou um procedimento onde o pist\u00e3o se movia para frente e para tr\u00e1s em um motor<\/strong> podendo mover um volante girat\u00f3rio. Ele alcan\u00e7ou isto primeiro com um sistema de roda dentada e mais tarde com um virabrequim. Watt ainda equipou seus motores com v\u00e1lvulas de estrangulamento para regular a velocidade. Ele atingiu uma velocidade constante de opera\u00e7\u00e3o com a ajuda de governadores.<\/p>\n No in\u00edcio do s\u00e9culo XIX, o engenheiro brit\u00e2nico, Richard Trevithick, e inventor americano Oliver Evans constru\u00edram o primeiro motor<\/strong> a vapor<\/strong> de alta press\u00e3o.<\/p>\n Trevithick usou seu modelo para dar pot\u00eancia a primeira locomotiva a vapor<\/strong> do mundo<\/p>\n Uma m\u00e1quina a vapor<\/strong> \u00e9 um motor de calor que realiza um trabalho mec\u00e2nico usando o vapor como seu fluido de trabalho.<\/p>\n M\u00e1quinas a vapor<\/strong> s\u00e3o os motores de combust\u00e3o externa, onde o fluido de trabalho \u00e9 separado dos produtos de combust\u00e3o.<\/p>\n Pode ser usado fontes de calor n\u00e3o-combust\u00e3o, como a energia solar, a energia nuclear ou energia geot\u00e9rmica.<\/p>\n O ciclo termodin\u00e2mico ideal utilizado para analisar esse processo \u00e9 designado por ciclo de Rankine. No ciclo, a \u00e1gua \u00e9 aquecida e transforma-se em vapor dentro de uma caldeira a funcionar a uma alta press\u00e3o. Quando expandida atrav\u00e9s de pist\u00f5es ou turbinas o trabalho mec\u00e2nico \u00e9 feito. O vapor a baixa press\u00e3o \u00e9 ent\u00e3o condensado e bombeado de volta para a caldeira.<\/p>\n O funcionamento da turbina<\/strong> a vapor<\/strong> baseia-se no principio de expans\u00e3o do vapor<\/strong>, gerando diminui\u00e7\u00e3o na temperatura e energia interna; essa energia interna perdida pela massa de g\u00e1s reaparece na forma de energia mec\u00e2nica, pela for\u00e7a exercida contra um \u00eambolo.<\/p>\n H\u00e1 diversas classifica\u00e7\u00f5es poss\u00edveis para as turbinas a vapor, mas a mais comum \u00e9 dividi-las entre:<\/strong><\/p>\n De condensa\u00e7\u00e3o – \u00c9 um sistema fechado de gera\u00e7\u00e3o de energia. Neste, o vapor<\/strong> tanto atravessa a turbina<\/strong> fazendo-a girar como tamb\u00e9m<\/strong>, ao ser condensado, gera uma zona de baixa press\u00e3o<\/strong> no difusor de sa\u00edda da turbina<\/strong> aumentando o giro e realimentando a caldeira com o agente para novo ciclo. \u00c9 o tipo<\/strong> mais comum em centrais termoel\u00e9ctricas e nucleares.<\/p>\n De contra-press\u00e3o<\/strong> – Assim chamado<\/strong> \u00e9 o m\u00e9todo mais arcaico que se pode usar numa m\u00e1quina<\/strong> t\u00e9rmica<\/strong>. \u00c9 o mesmo projeto de Heron de Alexandria usado no segundo s\u00e9culo antes de Cristo, o sistema Contra-Press\u00e3o<\/strong> \u00e9 similar a uma m\u00e1quina<\/strong> a vapor<\/strong> conhecida pelo nome de aeol\u00edpile.<\/p><\/blockquote>\n O fato do vapor<\/strong> n\u00e3o passar por um condensador ao sair da turbina<\/strong>, ocasiona a perda de potencia da turbina<\/strong>. Ele deixa a turbina<\/strong> ainda com certa press\u00e3o<\/strong> e temperatura e pode ser aproveitado em outras etapas de uma planta de processo qu\u00edmico, seja em aquecedores, destiladores, estufas, ou simplesmente \u00e9 lan\u00e7ado na atmosfera. Este tipo<\/strong> \u00e9 muito usado para acionamento ou cogera\u00e7\u00e3o de energia, em usinas petroqu\u00edmicas, navios, plataformas de petr\u00f3leo, etc…embora seja o sistema mais primitivo de capta\u00e7\u00e3o de energia.<\/p>\n Construtivamente as partes principais s\u00e3o:<\/strong><\/p>\n Carca\u00e7a<\/strong><\/p>\n Feita de a\u00e7o fundido e usinado internamente, montada na horizontal. A espessura da carca\u00e7a pode ultrapassar 150mm na regi\u00e3o de alta press\u00e3o<\/strong>. A fun\u00e7\u00e3o da carca\u00e7a \u00e9 conter todo o conjunto rotativo, composto pelo eixo e pelas palhetas, e aconficionar os bocais (nozzles) fixos.<\/p>\n Embora a fun\u00e7\u00e3o seja simples, o projeto mec\u00e2nico da carca\u00e7a \u00e9 bastante complexo e cr\u00edtico para o bom funcionamento da turbina<\/strong> a vapor<\/strong>. A principal raz\u00e3o disto, \u00e9 a alta temperatura que a turbina<\/strong> funciona, e as pequenas folgas entre as partes fixas e as partes rotativas.<\/p>\n Quando o vapor<\/strong> entra na turbina<\/strong>, a alta temperatura, ocorre uma grande dilata\u00e7\u00e3o do material, que pode facilmente exceder 15 mm dependendo do tamanho da turbina<\/strong>. Quando ocorre esta dilata\u00e7\u00e3o, h\u00e1 o risco de as folgas entre as partes fixas e m\u00f3veis serem reduzidas a ponto de haver ro\u00e7amento, e consequentemente, desgaste ou mesmo ruptura das palhetas.<\/p>\n Tamb\u00e9m<\/strong>, devido a grande espessura da parede, h\u00e1 grandes gradientes t\u00e9rmicos. A parte interna, em contato com o vapor<\/strong>, se ditata mais, devido \u00e0 alta temperatura. A parte externa da parede, em contato com o ambiente, se dilata menos. Essa diferen\u00e7a entre a dilata\u00e7\u00e3o do material na parte interna e externa da parede d\u00e1 origem a fortes tens\u00f5es que podem causar distor\u00e7\u00e3o ou fadiga t\u00e9rmica<\/strong>.<\/p>\n Mancais<\/strong><\/p>\n Na carca\u00e7a s\u00e3o montados um conjunto de 2 a 4 mancais, dependendo do tamanho da turbina. Os mancais podem ser ainda:<\/strong><\/p>\n De guia:<\/strong> s\u00e3o os que suportam o peso do eixo e o carregamento radial. Permitem que ele tenha movimento girat\u00f3rio livre de atrito. Os mancais de turbinas a vapor<\/strong> n\u00e3o usam rolamentos. Eles s\u00e3o do tipo<\/strong> hidrodin\u00e2mico, em que o eixo flutua sobre um filme de \u00f3leo em alta press\u00e3o<\/strong> que \u00e9 causada pelo pr\u00f3prio movimento do eixo, relativo \u00e0 parede do mancal.<\/p>\n O mancal tamb\u00e9m<\/strong> tem um sistema de selagem de \u00f3leo e de vapor<\/strong>. Este sistema de selagem impede que vapores de \u00f3leo, ou de \u00e1gua, passem da turbina<\/strong> para o ambiente. Normalmente o sistema \u00e9 constitu\u00eddo de uma s\u00e9rie de labirintos que provocam uma perda de carga no fluxo de vapor<\/strong>, reduzindo o vazamento.<\/p>\n Rotor<\/strong><\/p>\n O rotor \u00e9 a parte girante da turbina<\/strong> e respons\u00e1vel pela transmiss\u00e3o do torque ao acoplamento. No rotor s\u00e3o fixadas as palhetas, respons\u00e1veis pela extra\u00e7\u00e3o de pot\u00eancia mec\u00e2nica <\/strong>do vapor<\/strong>. O rotor \u00e9 suportado pelos mancais, normalmente pelas extremidades. \u00c9 fabricado com a\u00e7os ligados e forjados. Os materiais que s\u00e3o empregados atualmente s\u00e3o ligas com altos percentuais de n\u00edquel, cromo ou molibd\u00eanio. Nas m\u00e1quinas<\/strong> mais modernas, s\u00e3o feitos a partir de um linguote fundido \u00e0 v\u00e1cuo, e depois forjado.<\/p>\n O eixo deve ser cuidadosamente balanceado e livre de imperfei\u00e7\u00f5es superficiais, que podem funcionar com concentradoras de tens\u00f5es, o que reduz a resist\u00eancia \u00e0 fadiga do eixo.<\/p>\n Em uma das extremidades do eixo \u00e9 feito o acoplamento, seja a um gerador el\u00e9trico, ou a uma m\u00e1quina<\/strong> de fluxo, como um ventilador, um compressor ou uma bomba.Mas, devido a necessidade de se obter uma rota\u00e7\u00e3o diferente no acoplamento, muitas vezes o eixo \u00e9 ligado a uma caixa redutora de velocidade, onde a rota\u00e7\u00e3o da turbina<\/strong> \u00e9 aumentada ou reduzida, para ser transmitida ao acoplamento.<\/p>\n Palhetas<\/p>\n As palhetas s\u00e3o perfis aerodim\u00e2micos, projetados para que se obtenha em uma das faces uma press\u00e3o<\/strong> positiva, e na outra face uma press\u00e3o<\/strong> negativa. Da diferen\u00e7a de press\u00e3o<\/strong> entre as duas faces \u00e9 obtida uma for\u00e7a resultante, que \u00e9 transmitida ao eixo gerando o torque do eixo.<\/p>\n Labirintos<\/strong><\/p>\n Os labirintos s\u00e3o pe\u00e7as aplicadas em turbinas a vapor<\/strong> com a finalidade de vedar a carca\u00e7a sem atritar. S\u00e3o fabricados na grande maioria em alum\u00ednio e s\u00e3o bi-partidos radialmente para facilitar a manuten\u00e7\u00e3o da m\u00e1quina<\/strong>. Internamente, eles s\u00e3o aplicados para garantir o rendimento da turbina<\/strong>. Nos casos em que h\u00e1 mais de um rotor, o vapor<\/strong> n\u00e3o pode se dissipar dentro da carca\u00e7a para n\u00e3o perder energia e baixar o rendimento da m\u00e1quina<\/strong>. Os labirintos tamb\u00e9m<\/strong> s\u00e3o utilizados na veda\u00e7\u00e3o da carca\u00e7a em rela\u00e7\u00e3o ao ambiente externo, evitando tamb\u00e9m<\/strong> a dissipa\u00e7\u00e3o do vapor<\/strong> para a atmosfera.<\/p>\n Nas turbinas de grande porte, h\u00e1 a inje\u00e7\u00e3o de vapor<\/strong> nos labirintos, por meio de uma tomada vinda da pr\u00f3pria m\u00e1quina<\/strong>, para equalizar as press\u00f5es e garantir a veda\u00e7\u00e3o da carca\u00e7a.<\/p>\n Como funcionam os motores a vapor<\/strong><\/p>\n O motor<\/strong> a vapor<\/strong> foi o primeiro tipo<\/strong> de motor<\/strong> a ser amplamente usado. Ele foi inventado por Thomas Newcomen, em 1705, e James Watt (que lembramos a cada vez que falamos sobre l\u00e2mpadas de 60 watts) fez grandes melhorias nos motores a vapor<\/strong>, em 1769.<\/p>\n Os motores a vapor<\/strong> movimentaram as primeiras locomotivas, barcos a vapor<\/strong> e f\u00e1bricas e, dessa forma, foram a base da Revolu\u00e7\u00e3o Industrial<\/p>\n Funcionamento do motor a vapor<\/strong><\/p>\n O diagrama a seguir mostra os componentes principais de um motor<\/strong> a vapor<\/strong> de pist\u00e3o. Este tipo<\/strong> de motor<\/strong> seria caracter\u00edstico numa locomotiva a vapor<\/strong>.<\/p>\n O motor<\/strong> mostrado \u00e9 um motor<\/strong> a vapor<\/strong> de dupla atua\u00e7\u00e3o porque a v\u00e1lvula permite vapor<\/strong> sob alta press\u00e3o<\/strong> entrar alternadamente em ambos os lados do cilindro.<\/p>\n A v\u00e1lvula corredi\u00e7a \u00e9 respons\u00e1vel por permitir que o vapor<\/strong> em alta press\u00e3o<\/strong> entre em qualquer lado do cilindro. A haste de comando da v\u00e1lvula \u00e9 geralmente conectada a uma liga\u00e7\u00e3o com a cruzeta, de modo que seu movimento fa\u00e7a a v\u00e1lvula funcionar deslizando. Na locomotiva a vapor<\/strong>, este arranjo tamb\u00e9m<\/strong> permite ao maquinista fazer o trem dar r\u00e9.<\/p>\n O vapor, depois de usado, \u00e9 simplesmente expelido, saindo para a atmosfera.<\/p>\n Esse fato explica duas coisas sobre locomotivas a vapor:<\/strong><\/p>\n Por que se deve carregar \u00e1gua na esta\u00e7\u00e3o – a \u00e1gua \u00e9 constantemente perdida com a descarga de vapor<\/strong>.<\/p>\n O som “tchu-tchu” que vem da locomotiva – quando a v\u00e1lvula abre o cilindro para liberar a descarga de vapor<\/strong>, este escapa em press\u00e3o<\/strong> muito alta, fazendo o som “tchu” quando sai. Quando o trem d\u00e1 partida, o pist\u00e3o se move muito lentamente, mas quando o trem come\u00e7a a andar o pist\u00e3o ganha velocidade. O efeito disto \u00e9 o “tchu… tchu… tchu… tchu-tchu-tchu-tchu” que ouvimos quando o trem come\u00e7a a se mover.<\/p><\/blockquote>\n Numa locomotiva a vapor<\/strong>, a cruzeta normalmente se liga a uma haste motriz, e da\u00ed \u00e0s hastes de acoplamento que acionam as rodas da locomotiva.<\/p>\n No diagrama apresentado, a cruzeta \u00e9 conectada \u00e0 haste motriz que, por sua vez, se conecta a uma das tr\u00eas rodas motrizes. As tr\u00eas rodas s\u00e3o conectadas por hastes de acoplamento de modo que girem em un\u00edssono, juntas.<\/p>\n Caldeiras<\/strong><\/p>\n O vapor<\/strong> de alta press\u00e3o<\/strong> para um motor<\/strong> a vapor<\/strong> vem de uma caldeira. O trabalho da caldeira \u00e9 aquecer a \u00e1gua para gerar vapor<\/strong>.<\/p>\n H\u00e1 dois m\u00e9todos: <\/strong>tubo de fogo e tubo de \u00e1gua.<\/p>\n A caldeira com tubos de fogo era mais comum nos anos 1800. Ela consiste em um tanque de \u00e1gua atravessado por canos.<\/p>\n Os gases quentes do fogo de carv\u00e3o ou madeira atravessam os canos para esquentar a \u00e1gua no tanque, como mostrado aqui:<\/strong><\/p>\n Numa caldeira com tubos de fogo, o tanque todo est\u00e1 sob press\u00e3o<\/strong>, ent\u00e3o se o tanque estourar, gera uma grande explos\u00e3o.<\/p>\n Mais comuns hoje s\u00e3o as caldeiras tubulares de \u00e1gua, nas quais a \u00e1gua corre atrav\u00e9s de um conjunto de tubos que ficam na passagem dos gases quentes do fogo.<\/p>\n O diagrama simplificado a seguir mostra um esbo\u00e7o de uma caldeira de tubos de \u00e1gua:<\/strong><\/p>\n Numa caldeira real, tudo \u00e9 muito mais complicado porque o objetivo dela \u00e9 extrair todo o calor<\/strong> poss\u00edvel do combust\u00edvel <\/strong>queimado para melhorar a efici\u00eancia.<\/p>\n \u00c9 a denomina\u00e7\u00e3o dada a qualquer motor<\/strong> que funcione pela transforma\u00e7\u00e3o de energia t\u00e9rmica<\/strong> em energia mec\u00e2nica <\/strong>atrav\u00e9s da expans\u00e3o do vapor<\/strong> de \u00e1gua. A press\u00e3o<\/strong> adquirida pelo vapor<\/strong> \u00e9 utilizada para deslocar \u00eambolos que permite o movimento das rodas de potentes locomotivas.<\/p>\n Pode ainda ser empregada, pela transforma\u00e7\u00e3o em energia cin\u00e9tica, ou energia de movimento, em imensas turbinas que impulsionam geradores el\u00e9tricos e gigantescos transatl\u00e2nticos. Bombas, bate-estacas e muitas outras m\u00e1quinas<\/strong> s\u00e3o comandadas por m\u00e1quinas<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong>.<\/p>\n O desenvolvimento da m\u00e1quina<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> no s\u00e9culo XVIII contribuiu para a expans\u00e3o da ind\u00fastria moderna. At\u00e9 ent\u00e3o, os trabalhadores era executados na depend\u00eancia exclusiva da pot\u00eancia dos m\u00fasculos dos oper\u00e1rios e da energia animal.<\/p>\n Do vento ou da \u00e1gua. Uma \u00fanica m\u00e1quina<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> realizava o trabalho de centenas de cavalos. Fornecia a energia necess\u00e1ria para acionar todas<\/strong> as m\u00e1quinas<\/strong> de uma f\u00e1brica. Uma locomotiva \u00e0 vapor<\/strong> podia deslocar cargas pesadas a grandes dist\u00e2ncia em um \u00fanico dia. Os navios \u00e0 vapor<\/strong> ofereciam transporte r\u00e1pido, econ\u00f4mica e seguro.<\/p>\n Como funciona uma m\u00e1quina \u00e0 vapor<\/strong><\/p>\n Uma m\u00e1quina<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> n\u00e3o cria energia, utiliza o vapor<\/strong> para transformar a energia calor\u00edfica liberada pela queima de combust\u00edvel <\/strong>em movimento de rota\u00e7\u00e3o e movimento alternado de vaiv\u00e9m, afim de realizar trabalho. Uma m\u00e1quina<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> possui uma fornalha, na qual se queima carv\u00e3o , \u00f3leo, madeira ou algum outro combust\u00edvel <\/strong>para produzir energia calor\u00edfica.<\/p>\n Em uma usina at\u00f4mica um reator funciona como uma fornalha e a desintegra\u00e7\u00e3o dos \u00e1tomos gera o calor<\/strong>. Uma m\u00e1quina<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> disp\u00f5e de uma caldeira. O calor<\/strong> proveniente da queima de combust\u00edvel <\/strong>leva a \u00e1gua a transformar-se, e ocupa um espa\u00e7o muitas vezes maior que o ocupado pela \u00e1gua.<\/p>\n Essa energia de expans\u00e3o pode ser aproveitada de duas formas:<\/strong><\/p>\n 1) <\/strong>deslocando um \u00eambolo num movimento vaiv\u00e9m ou M\u00e1quina a vapor de \u00eambolo<\/strong><\/p>\n As m\u00e1quinas<\/strong> \u00e0 vapor<\/strong> desse tipo<\/strong> possuem \u00eambolos que deslizam com um movimento vaiv\u00e9m no interior do cilindro. V\u00e1rios sistemas de v\u00e1lvulas permitem a admiss\u00e3o do vapor<\/strong> no cilindro e a conseq\u00fcente impuls\u00e3o da \u00eambolo, primeiro em um sentido e depois em outro<\/strong>, antes de deixar escapar o vapor<\/strong> j\u00e1 usado. Estas m\u00e1quinas<\/strong> s\u00e3o geralmente denominadas m\u00e1quinas<\/strong> de movimento alternado, ou alternativo, por causa do movimento vaiv\u00e9m, ou alternado de seus \u00eambolos. Os martelos \u00e0 vapor<\/strong> utilizados para cravar estacas e os empregados para forjar metais requerem este tipo<\/strong> de movimento. Uma locomotiva, entretanto, necessita de um movimento girat\u00f3rio para acionar suas rodas. Esse movimento girat\u00f3rio \u00e9 obtido ligando-se um virabrequim \u00e0s extremidades do \u00eambolo. Em alguns tipos de m\u00e1quinas<\/strong> \u00e0 Motor a Vapor – O que \u00e9<\/h4>\n
\nDe escora:<\/strong> suportam a carga axial decorrente do “choque” do vapor<\/strong> com as palhetas. \u00c9 montado no sentido horizontal.<\/p><\/blockquote>\n![\"Motor](\"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/wp-content\/uploads\/2016\/07\/motor-a-vapor-02.jpg\" "\\"Motor")
\nMotor a Vapor – Funcionamento<\/strong><\/p>\n![\"Motor](\"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/wp-content\/uploads\/2016\/07\/motor-a-vapor-03.jpg\" "\\"Motor")
\nMotor a Vapor – Caldeira<\/strong><\/p>\n![\"Motor](\"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/wp-content\/uploads\/2016\/07\/motor-a-vapor-04.jpg\" "\\"Motor")
\nMotor a Vapor – Caldeira de tubos de \u00e1gua<\/strong><\/p>\nM\u00e1quinas<\/strong> a Vapor<\/strong><\/h4>\n
\n2) <\/strong>acionando uma turbina<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n