A HISTÓRIA DO VAPOR

HISTÓRIA DO VAPOR

        Calor é o resultado da agitação de moléculas dentro dos corpos. É uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro quando há diferença de temperatura entre eles. Essa transferência de calor se dá de três maneiras: por radiação, por condução e por convecção.

        Como forma de energia, o calor é usado pelo homem para produzir trabalho e um dos modos de conseguir isso é utilizando a transferência de calor para produzir vapor.

        Atualmente, muitas das indústrias usam vapor em seus processos de produção. A fim de atender essa necessidade sempre crescente, a geração de vapor pode ser realizada nas caldeiras, nos equipamentos geradores de vapor, ou pelo aproveitamento do calor residual proveniente de alguns tipos de processos industriais, como a siderurgia (gases de alto-forno).

        Devido à importância do vapor e de seus processos de geração, estudaremos os diversos tipos de caldeiras, sua classificação e seu emprego.

HISTÓRICO

        Não é de hoje que o homem percebeu que o vapor podia fazer as coisas se movimentarem. No primeiro século da era cristã, portanto há mais de 1800 anos, um estudioso chamado Heron de Alexandria, construiu uma espécie de turbina a vapor, chamada de eolípila.

        Nesse engenho, enchia-se uma esfera de metal com água que produzia vapor que se expandia e fazia a esfera girar quando saía através de dois bicos, colocados em posições diametralmente opostas. Todavia, embora isso movimentasse a esfera, nenhum trabalho útil era produzido por esse movimento e o sábio não conseguiu ver nenhuma utilidade prática para seu invento.

[pic 1]

        Muitos séculos mais tarde, a máquina a vapor foi a primeira maneira eficiente de produzir energia independentemente da força muscular do homem e do animal, e da força do vento e das águas correntes. Sua invenção e uso foi uma das bases tecnológicas do vento e das águas correntes. Sua invenção e uso foi uma das bases tecnológicas da Revolução Industrial. Em sua forma mais simples, as máquinas a vapor usam o fato de que a água, quando convertida em vapor se expande e ocupa um volume de até 1.600 vezes maior do que o original, quando sob pressão atmosférica.

        Foi somente no século XVII, mais precisamente em 1690, que o físico francês Denis Papin usou esse princípio para bombear água. O equipamento bastante rudimentar que ele inventou, era composto de um pistão dentro de um cilindro que ficava sobre uma fonte de calor e no qual se colocava uma pequena quantidade de água. Quando a água se transformava em vapor, a pressão deste forçava o pistão a subir. Então a fonte de calor era removida o que fazia o vapor esfriar e se condensar. Isso criava um vácuo parcial (pressão abaixo da pressão atmosférica) dentro do cilindro. Como a pressão do ar acima do pistão era a pressão atmosférica, ela o empurrava para baixo, realizando o trabalho.

        Mas, a utilização efetiva dessa tecnologia só se iniciou com a invenção de Thomas Savery patenteada em 1698 e aperfeiçoada em 1712 por Thomas Newcomen e John Calley.

[pic 2]

        Nessa máquina, o vapor gerado em uma caldeira era enviado para um cilindro localizado em cima da caldeira. Um pistão era puxado para cima por um contrapeso. Depois que o cilindro ficava cheio de vapor, injetava-se água nele, fazendo o vapor condensar. Isso reduzia a pressão dentro do cilindro e fazia o ar externo empurrar o pistão para baixo. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o êmbolo quando o pistão se movia para baixo. O vácuo resultante retirava a água de poços de mina inundados.

        Um construtor de instrumentos escocês chamado James Watt notou que a máquina de Newcomen, que usava a mesma câmara para alternar vapor aquecido e vapor resfriado condensado desperdiçava combustível. Por isso, em 1765, ele projetou uma câmara condensadora separada, refrigerada a água. Ela era equipada com uma bomba que mantinha um vácuo parcial e uma válvula que retirava periodicamente o vapor do cilindro. Isso reduziu o consumo de combustível em 75%. Essa máquina corresponde aproximadamente à máquina moderna máquina a vapor.

        Em 1782, ele projetou e patenteou a máquina rotativa de ação dupla na qual o vapor era introduzido de ambos os lados do pistão de modo a produzir um movimento para cima e para baixo. Isso tornou possível prender o êmbolo do pistão a uma manivela ou um conjunto de engrenagens para produzir movimento rotativo e permitiu que essa máquina pudesse ser usada para impulsionar mecanismos, girar rodas de carroças ou pás para movimentar navios em rios.

[pic 3]

        No fim do século XVIII, as máquinas a vapor produzidas por Watt e seu companheiro Matthew Boulton forneciam energia para as fábricas, moinhos e bombas na Europa e na América.

        O aparecimento das caldeiras, que podiam operar com altas pressões e que foram desenvolvidas por Richard Trevithick na Inglaterra e por Oliver Evans  nos Estados Unidos, no início do século XIX, tornou-se a base para a revolução dos transportes uma vez que elas podiam ser usadas para movimentar locomotivas, barcos fluviais e depois navios.

        A máquina a vapor tornou-se a principal fonte produtora de trabalho do século XIX e seu desenvolvimento se deu no esforço de melhorar seu rendimento, a confiabilidade e a relação peso/potência. O advento da energia elétrica e do motor de combustão interna no século XX, todavia, condenaram pouco a pouco, nos países mais industrializados, a máquina a vapor ao quase esquecimento.

O VAPOR NO SÉCULO XX

No século XX, a máquina a vapor, como fornecedora de energia foi sendo substituída por:

· turbinas a vapor, para a geração de energia elétrica;

· motores de combustão interna para transporte;

· geradores para fontes portáteis de energia;

· por motores elétricos, para uso industrial e doméstico.

Mesmo assim, o vapor ainda hoje tem extensa aplicação industrial, nas mais diversas formas, dependendo do tipo de indústria e da região onde está instalada.

O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas: