A MAQUINA A VAPOR

1. INTRODUÇÃO

Ao ^[a]longo do tempo o ser humano utilizou diversos recursos como fontes de energia e formas de realização de trabalho, como por exemplo, seu próprio esforço muscular e animal, ferramentas e maquinas simples, energia dos ventos e da água, etc. No século XVIII utilizando o calor, foi capaz de controlar o processo de transformação da energia em trabalho. Compreender que o calor também pode ser usado como fonte de energia, possibilitou a intervenção e a um controle efetivo sobre o processo produtivo, substituindo o trabalho manual pelo uso de máquinas movidas a vapor. Essa foi uma das principais mudanças da Revolução Industrial, que ocorreu nos séculos XVIII e XIX na Europa, mudando a historia da humanidade. A termodinâmica é o ramo da física que se dedica a estudar as relações de troca entre o calor e o trabalho realizado na transformação de um sistema físico, quando esse interage com o meio externo. Ou seja, ela estuda como a variação da temperatura, pressão, volume, densidade e massa interferem nos sistemas físicos a nível macroscópico. O estudo e o desenvolvimento da termodinâmica surgiram da necessidade de criar maquinas e de aumentar a eficiência das maquinas já existentes na época, as máquinas a vapor, que funcionam através da transformação de energia térmica em energia mecânica, utilizando a expansão do vapor de água.

Este trabalho tem como objetivo principal estudar a importância da termodinâmica no cenário industrial mostrando o funcionamento das maquinas a vapor, justificar a causa delas não estarem mais presente na indústria atual, fazendo uma comparação do seu funcionamento e rendimento com o das maquinas atuais movidas a eletricidade, e identificar se algum setor industrial ainda utiliza esse tipo de maquina no seu processo de produção.^[b]

2 – OBJETIVOS

2.1 - Objetivo Geral:

        Analisar a termodinâmica nas maquinas a vapor, presente no cenário industrial. ^[c]

2.2- Objetivos específicos:

1. Estudar o funcionamento da maquina a vapor.
2. Analisar o seu desempenho e identificar vantagens e desvantagens.
3. Comparar a maquina a vapor com a máquina movidas a eletricidade.
4. Identificar, se houver, processos industriais que ainda utilizam a maquina a vapor.^[d]

3. REVISÃO BIBLIOGRAFICA

3.1 – Termodinâmica

 

O nome termodinâmica é originado do grego, em que therme significa calor e edynamis significa movimento. A termodinâmica implica no estudo das relações envolvendo calor, trabalho mecânico e outros aspectos de energia e da transferência de energia de um corpo para outro (Freedman, 2008). ^[e]Para muitos cientistas, ate o século XVII, o calor era proveniente do movimento. Newton sugeria que o calor estava relacionado a possíveis vibrações do éter e para Galileu o calor era um fluido. James Prescott Joule estudou a natureza do calor por meio de varias experiências e só em 1840 o calor foi definidamente reconhecido como energia. A termodinâmica é a área da física que estuda os processos em que há troca ou alteração de calor, pressão, volume e temperatura, a utilização da energia térmica em energia mecânica (Halliday,1983)

3.1.1 - 1ª lei da termodinâmica

A primeira Lei da Termodinâmica implica em uma extensão do principio da conservação da energia, incluindo a ela troca de energia por realização de trabalho ou transferência de calor, criando o conceito de energia interna de um sistema. Sistema termodinâmico é qualquer coleção de objetos que é denominado como uma unidade e que tem potencial de troca de energia com o ambiente. Assim, a primeira lei da termodinâmica aplica-se a todo processo natural que acontece entre estados de equilíbrio, ocorrendo variações no estado do sistema. É necessário o calculo do trabalho, da quantidade de calor e da variação da energia interna do sistema termodinâmico para utilização dessa lei (Halliday,1983) A quantidade de calor fornecida ao sistema é igual ao trabalho que ele realiza mais a variação da energia interna adquirida pelo sistema. A energia se conserva em qualquer transformação, embora parte dela, transformada em calor, se torne inaproveitável.

3.1.2 - 2ª lei da termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica diz que o calor flui naturalmente de um corpo quente para um corpo frio. Essa lei determina limites fundamentais para a eficiência de uma maquina, diz respeito aos sentidos dos processos termodinâmicos. São chamados de processos irreversíveis os processos termodinâmicos que ocorrer em um determinado sentido, porem não ocorrem no sentido contrario.  (Yong e Freedman, 2008)^[f]. Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve realizar ciclos entre uma fonte quente e fria, isso de forma contínua. A cada ciclo é retirada uma quantidade de calor da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho, e a quantidade de calor restante é rejeitada para a fonte fria mas o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente (Sadi Carnot, 1824)^[g]. É importante saber como obter calor de uma fonte e transformar o máximo possível em energia mecânica ou trabalho, apesar de que não é possível construir uma máquina térmica e atingir 100% de seu rendimento (Lord Kelvin, 1850).^[h]

3.1.3 – Lei zero da termodinâmica

Essa lei fala sobre equilíbrio térmico, onde dois corpos em um ambiente termicamente isolado tendem a atingir uma mesma temperatura. É exemplificado da seguinte maneira; “se um corpo A esta em equilíbrio térmico com um corpo B e este em equilíbrio térmico com um corpo C, então A esta em equilíbrio térmico com C”. Assim a temperatura de um sistema é uma propriedade que, eventualmente, atinge o mesmo valor que o de outros sistemas, quando todos eles são colocados em contato (Halliday,1983).^[i]

3.2 – História da maquina a vapor

A primeira máquina a vapor a qual se pode empregar um uso industrial foi criada pelo engenheiro militar inglês Thomas Savery em 1698. Essa máquina tinha como objetivo a retirada de água das minas de carvão, porem estava propicia a explosões devido ao à sua utilização de vapor e alta pressão. Thomas Newcomen aperfeiçoou a máquina de Savery em 1712, assim podendo ser usada nas minas mais profundas com um risco menor de explosões e com um novo objetivo além de retirada de água a mesma poderia ser utilizada para a retirada do material da mina. Em 1765 James Watt procurava uma maneira de aumentar a eficiência e minimizar os custos com o carvão utilizado como combustível nas máquinas, foi assim então que Watt elaborou uma máquina com condensador que minimizada as perdas de calor e também tinha novas finalidades como a propulsão de moinhos e tornos. A necessidade cada vez maior de produzir mais e melhor culminou na revolução Industrial, ocorrida a partir da segunda metade do século XVIII.

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