O MOTOR A VAPOR

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Física

Tema

Motor a vapor

Prof. Kim

Turma: 6131

Grupo:

- Gabriel Novaes

- Gabriel Rocha

                                       

                                        Campus – Vitória da Conquista

                                                        10/11/2015

Introdução

Por séculos, sempre que algum trabalho teve que ser feito, o homem dependeu da força dos músculos. Depois, com a ajuda de moinhos de água e de vento pudemos utilizar o poder dos elementos, mas de forma limitada. Somente no século XVIII surgiu uma solução independente do clima ou de fatores geográficos. Essa solução era o motor a vapor ou máquina a vapor. O motor a vapor é o dispositivo inventado para dar movimento a outras máquinas, cujo combustível para acionar seu conjunto é o vapor d'água. Desenvolvido no século XVIII, sua tecnologia continuou a ser utilizada e aperfeiçoada até o início do século XX.

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Para melhor entendimento do tema abordado sintetizaremos um pouco a termodinâmica que é a lei aplicada e respeitada na criação dos motores a vapor.

A termodinâmica trata do estudo da relação entre o calor e o trabalho, ou, de uma maneira mais prática, o estudo de métodos para a transformação e energia térmica em energia de movimento. Em nosso dia a dia tudo que fazemos realizamos trabalho, imagine que você possui alguns livros que precisam ser guardados em uma estante. Para coloca-los na estante você precisa aplicador uma força sobre esses livros para movê-los do local onde eles estão até a estante. Na física quando temos força e um consequente deslocamento, dizemos que houve a realização de trabalho, especificamente na termodinâmica, o trabalho é dado como produto final, decorrente da subtração da quantidade de calor recebida pelo gás pela variação de energia interna do gás.

O motor a vapor, que é chamado de máquina a vapor costumeiramente refere-se também a turbina a vapor outro tipo de máquina térmica que exploram a pressão do vapor. Todas as máquinas térmicas funcionam baseadas no princípio de que o calor é uma forma de energia, ou seja, pode ser utilizado para produzir trabalho, e seu funcionamento obedece às leis da termodinâmica. Embora a invenção do motor de combustão interna no final do século XIX parecesse ter tornado obsoleta a máquina a vapor, ela ainda hoje é muito utilizada, por exemplo, nos reatores nucleares que servem para produzir energia elétrica.

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Na imagem acima temos um tipo de motor a vapor. O que acontece nesse motor?

Em uma caldeira* temos água no estado líquido recebendo um calor, esse calor recebido faz com a água realiza a evaporação, se transformando em vapor (do estado líquido para o gasoso). Esse vapor não para de receber calor e vai cada vez mais se dilatando e expandindo até preencher a região do cilindro. Quando ocorre o total preenchimento a pressão está bastante elevada, suficiente para mover o pistão, se está movendo o pistão está relaxando trabalho. Esse pistão está diretamente ligado a uma roda, o seu movimento também movimenta a roda, dando assim funcionalidade ao nosso motor a vapor.

*(local onde é produzido o vapor de água)        

- Contesto Histórico

A primeira ideia de máquina a vapor foi à chamada "Eolípila", feita por Heron de Alexandria. Consistia em uma pequena esfera de cobre com dois caninhos torcidos, e que continha água em seu interior. Colocada sobre um tripé e sobre o fogo, a água fervia e o vapor que saia pelos caninhos fazia com que a esfera rodasse.[pic 4]

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Mas a primeira verdadeira máquina térmica é legada ao 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, mais de mil anos após a máquina de Heron, surgiu a primeira máquina a vapor de interesse industrial, Thomas Savery, um engenheiro militar inglês criou um motor que poderia ser utilizado dentro das fábricas, dando assim um passo importante para a Revolução Industrial. Essa máquina tinha por objetivo retirar água dos poços de minas de carvão, porém poderia explodir devido à utilização de vapor a alta pressão.

Por volta de 1712, o inglês Thomas Newcomen, aperfeiçoando as máquinas de Savery e Papin, idealizou uma nova máquina térmica que poderia ser utilizada em minas profundas com menor risco de explosões e que, além de elevar a água, poderia elevar cargas. Sua máquina foi um sucesso na Europa durante o século XVIII. 

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Foi em 1765 que James Watt, um fabricante de instrumentos para a Universidade de Glasgow, estudando a máquina de Newcomen, procurava uma maneira de aumentar sua eficiência e abaixar os custos com o carvão utilizado como combustível. A máquina de James Watt era muito parecida com a de Newcomen, mas existia uma segunda câmara ("câmara da condensação"), onde era criado o vácuo. Esta modificação foi muito eficaz, pois permitia que o pistão ficasse à mesma temperatura que o vapor, logo não haveria troca de calor entre eles, fazendo com que não houvesse perda de energia. Outra vantagem seria a de resfriamento, pois a câmara de condensação separada poderia ficar em uma temperatura mais baixa, necessitando um resfriamento menor.