Os 5 tipos de máquinas a vapor principais

Diferentes tipos de motores a vapor sofreram muitas mudanças ao longo da história e a tecnologia permitiu que eles evoluíssem de maneira notável.

Essencialmente, são motores de combustão externa que convertem a energia térmica do vapor de água em energia mecânica.

Os 5 tipos de máquinas a vapor principais 1

Eles foram usados ​​para acionar bombas, locomotivas, navios e tratores, sendo essenciais para a Revolução Industrial . Atualmente, eles são usados ​​para geração de energia elétrica usando turbinas a vapor.

Uma máquina a vapor consiste em uma caldeira usada para ferver água e produzir vapor. O vapor se expande e empurra um pistão ou uma turbina, cujo movimento faz o trabalho de girar as rodas ou dirigir outras máquinas.

O primeiro motor a vapor foi projetado por Herón de Alejandría no primeiro século e foi nomeado eolipila.

Consistia em uma esfera oca conectada a uma caldeira à qual estavam ligados dois tubos curvos. A esfera estava cheia de água fervendo, fazendo com que o vapor fosse expelido pelos tubos em alta velocidade, girando a bola.

Embora a eolipila não tenha um objetivo prático, certamente representa a primeira implementação do vapor como fonte de propulsão.

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Garça-real Eolipia

No entanto, a maioria dos sistemas que usam vapor pode ser dividida em dois tipos: máquinas de pistão e turbinas a vapor.

Principais tipos de motores a vapor

1- Máquinas de pistão

Máquinas de pistão usam vapor pressurizado. Através de pistões de dupla ação, o vapor pressurizado entra alternadamente de cada lado enquanto, por outro, é liberado ou enviado para um condensador.

A energia é absorvida por uma barra deslizante selada contra a fuga de vapor. Esta haste, por sua vez, aciona uma biela conectada a uma manivela para converter o movimento alternativo em movimento rotativo.

Além disso, outra manivela é usada para acionar a engrenagem da válvula, geralmente através de um mecanismo que permite a reversão do movimento rotativo.

Quando um par de pistões de dupla ação é usado, o avanço da manivela é deslocado em um ângulo de 90 graus. Isso garante que o motor sempre funcione, independentemente da posição da manivela.

2- Múltiplos mecanismos de expansão

Outro tipo de motor a vapor usa vários cilindros de ação simples que aumentam progressivamente seu diâmetro e movimento.

O vapor de alta pressão da caldeira é usado para acionar o primeiro pistão de menor diâmetro.

No movimento ascendente, o vapor parcialmente expandido é acionado em um segundo cilindro que inicia seu movimento descendente.

Isso gera uma expansão adicional da pressão relativamente alta liberada na primeira câmara.

Além disso, a câmara intermediária descarrega na câmara final, que por sua vez é liberada para um condensador. Uma modificação deste tipo de motor incorpora dois pistões menores na última câmara.

O desenvolvimento desse tipo de motor foi importante para o uso em navios a vapor, uma vez que o condensador, ao recuperar parte da energia , converteu o vapor novamente em água para reutilização na caldeira.

Os motores a vapor terrestres poderiam esgotar grande parte do vapor e serem preenchidos com uma torre de água doce, mas isso não era possível no mar.

Antes e durante a Segunda Guerra Mundial, o mecanismo de expansão era usado em veículos marítimos que não precisavam ir em alta velocidade. No entanto, quando mais velocidade era necessária, ela era substituída pela turbina a vapor.

3- Motor de fluxo uniforme ou uniforme

Outro tipo de máquina de pistão é o motor de fluxo uniforme ou uniforme. Este tipo de motor usa vapor que flui apenas em uma direção em cada metade do cilindro.

A eficiência térmica é alcançada com um gradiente de temperatura ao longo do cilindro. O vapor sempre entra nas extremidades quentes do cilindro e sai pelas aberturas no centro do refrigerador.

Isso resulta em uma redução do aquecimento e resfriamento relativo das paredes do cilindro.

Em motores uniflow, a entrada de vapor é geralmente controlada por válvulas de haste (que funcionam de maneira semelhante às usadas em motores de combustão interna) que são acionadas por uma árvore de cames.

As válvulas de entrada se abrem para admitir vapor quando o volume mínimo de expansão é atingido no início do movimento.

Em um momento específico da virada da manivela, o vapor entra e a entrada da bucha é fechada, permitindo a expansão contínua do vapor, acionando o pistão.

No final do movimento, o pistão descobrirá um anel de orifícios de escape em torno do centro do cilindro.

Esses orifícios são conectados ao condensador, diminuindo a pressão na câmara, causando uma liberação rápida. A rotação contínua da manivela é o que move o pistão.

4- Turbinas a vapor

As turbinas a vapor de alta potência usam uma série de discos rotativos que contêm um tipo de lâmina de hélice em sua borda externa.

Esses discos ou rotores móveis alternam com anéis ou estatores estacionários, fixados à estrutura da turbina para redirecionar o fluxo de vapor.

Devido à alta velocidade de operação, essas turbinas são normalmente conectadas a uma engrenagem de redução para acionar outro mecanismo, como a hélice de um navio.

As turbinas a vapor são mais duráveis ​​e requerem menos manutenção do que as máquinas de pistão. Eles também produzem forças rotacionais mais suaves em seu eixo de saída, o que contribui para menores requisitos de manutenção e menos desgaste.

O principal uso de turbinas a vapor é em estações de geração de eletricidade, onde sua alta velocidade operacional é uma vantagem e seu volume relativo não é uma desvantagem.

Eles também são usados ​​em aplicações marítimas, impulsionando navios grandes e subaquáticos. Praticamente todas as usinas nucleares geram eletricidade aquecendo a água e alimentando turbinas a vapor.

5- Motores de propulsão

Existe um motor de propulsão subaquática que utiliza vapor de alta pressão para atrair água através de uma saída na frente e expulsá-lo em alta velocidade pela retaguarda.

Quando o vapor se condensa na água, é criada uma onda de choque que expele a água por trás.

Para melhorar a eficiência do motor, ele atrai o ar através de uma abertura na frente do jato de vapor, que cria bolhas de ar e altera a maneira como o vapor se mistura com a água.

Referências

  1. Marshall Brain (2017). “Como funcionam os motores a vapor”. Recuperado em 14 de junho de 2017 em science.howstuffworks.com.
  2. Nova Enciclopédia Mundial (2015). “Motor a vapor”. Recuperado em 14 de junho de 2017 em newworldencyclopedia.org.
  3. Crianças SOS (2008-2009). “Motor a vapor”. Recuperado em 14 de junho de 2017 em cs.mcgill.ca.
  4. Woodford, Chris (2017). “Motores a vapor”. Recuperado em 14 de junho de 2017 em explainthatstuff.com.

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