Como funciona a energia a vapor?

Os princípios básicos da máquina a vapor já haviam sido explorados pelo engenheiro e matemático greco-egípcio Hierão de Alexandria, que no século I a.C. estudava o vapor como força motriz, através de sua invenção, a eolípila.

Eolípila.

Já no final do século XVII, Denis Papin e Thomas Savery desenvolveram os primeiros motores a vapor, porém, foi somente em 1972, que Thomas Newcomen revolucionou a área. O chamado "motor de Newcomen", a partir de então começou a ser amplamente usado.

Com o avanço, os motores a vapor começaram a movimentar as primeiras locomotivas, barcos, fábricas, bem como as minas de carvão. As primeiras máquinas a fazer uso da energia a vapor eram usadas para retirar água acumulada nas minas de ferro e carvão e ainda eram utilizadas na fabricação de tecido.

Naquela época estava ocorrendo a chamada Revolução Industrial, em que o número de indústrias teve um crescimento vertiginoso, e com isso, a necessidade de usar cada vez mais máquinas para suprir o trabalho humano.

A primeira máquina a vapor foi utilizada por Thomas Savery, na retirada de água de poços de minas. A máquina transformava a energia armazenada no vapor quente em energia utilizável. 

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Na máquina de Savary, o vapor, que é proveniente da água aquecida até a ebulição em uma caldeira, entrava em uma câmara. Tal câmara, após ser fechada, era arrefecida por aspersão da água fria, e assim acontecia a condensação do vapor no seu interior.

Uma máquina a vapor não cria energia, mas sim usa o vapor para transformar a energia quente que é liberada pela queima de combustível. Toda máquina a vapor possui uma fornalha para que seja realizada a queima de carvão, óleo, madeira ou mesmo outro combustível para produzir energia calorífica.

Além disso, a máquina a vapor dispõe de uma caldeira. Assim, o calor proveniente da queima de combustível leva a água a transformar-se em vapor no interior dessa caldeira. Com o processo, o vapor expande-se, e ocupa um espaço muitas vezes maior que o ocupado pela água. A energia da expansão produzida pode ser aproveitada de duas formas: A primeira, deslocando um êmbolo num movimento de vaivém ou, acionando uma turbina.

Conheça o funcionamento de uma máquina a vapor

Na imagem acima há a ilustração de uma máquina a vapor e seu funcionamento. Veja que aparecer desde a caldeira até a área fina, ou seja, o trabalho realizado.

Assim sendo, na caldeira, o calor faz com que a água entre em ebulição. Assim, quando a válvula A está aberta e a válvula B permanece fechada, o vapor acaba entrando sob pressão e empurrando o êmbolo para cima. Deste modo, a roda R e a biela B acabam sendo deslocadas. O êmbolo, ao atingir o topo do cilindro, a válvula A acaba fechando para cortar o fornecimento de vapor, e a válvula B abre-se, fazendo com que o vapor saia do cilindro e entre no condensador.

Através da água corrente o condensador é mantido arrefecido. Assim que o vapor deixa o cilindro a pressão diminuiu no seu interior e a pressão atmosférica empurra o êmbolo para baixo. O êmbolo, ao atingir o fundo do cilindro, a válvula B se fecha a válvula A abre. A partir de então, o vapor entra no cilindro e o processo começa novamente.

Locomotivas a vapor

No século 19 surgiram as primeiras locomotivas movidas a vapor, sendo que geralmente tinha sua energia gerada pela queima de carvão nas fornalhas. Esse modelo de locomotiva foi usado até o final da Segunda Guerra Mundial.

A primeira locomotiva a vapor foi construída por Richard Thevithick, sendo que o primeiro teste foi feito em 21 de fevereiro de 1904, porém, somente após alguns anos o projeto acabou sendo usado. A tecnologia, no decorrer dos seus 150 anos de uso da energia a vapor foi sendo aprimorado.

As LOCOMOTIVAS A VAPOR são constituídas basicamente de:

1) CALDEIRA : local onde é produzido o vapor de água; 

2) MECANISMO: Conjunto de elementos mecânicos que tem pôr objetivo de transformar a energia calorífica dos combustíveis em energias mecânica para assim transmitir o movimento resultante dos êmbolos aos eixos motrizes e finalmente, transformar esse movimento retilíneo alternado em circular contínuo para as rodas; 

3) VEÍCULO: constituído pela carroceria, rodas, eixos, caixas de graxa e molas.