A revolução industrial mudou o estilo de vida do ser humano
e o mundo. A máquina a vapor foi a primeira máquina criada pelo ser humano que
dispensava qualquer tipo de tração humana ou animal para funcionar: o trabalho
passou a ser feito por um combustível, que podia ser lenha, carvão mineral ou,
posteriormente, óleo diesel. Muito se fala nessa máquina a vapor, mas, como ela
funciona? Vamos descobrir com esse modelo tridimensional!
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| Modelo tridimensional de uma máquina a vapor feito no Paint3D |
Esse modelo, feito no Paint3D (Sim, é um programa
interessante pra se usar!) está dividido em um sistema de cores: em preto, a
caldeira, em vermelho, a tubulação de vapor a alta pressão. Em azul, a
tubulação de vapor a baixa pressão e, em marrom, o pistão da máquina.
A caldeira é dividida em três partes: uma câmara de
combustão, onde o combustível era queimado para gerar calor e aquecer a
caldeira propriamente dita, gerando vapor. Na parte de baixo, um sistema para
entrada de ar, dedicado a retirar ar do ambiente para possibilitar a combustão.
Um dos aperfeiçoamentos da máquina a vapor foi o uso do vapor no sistema de
captação de ar frio: nas máquinas mais eficientes e nas locomotivas o vapor,
após movimentar o pistão, era direcionado na direção da câmara de combustão:
assim ajudava a caldeira a captar mais ar, aumentando a quantidade de oxigênio
e, consequentemente, a potência da máquina.
Outro aperfeiçoamento foi a chaminé: o vapor e a fumaça da
combustão passavam pelo interior da caldeira, otimizando o aproveitamento do
calor gerado pela queima do combustível. Para máquinas movidas a carvão mineral
ou a óleo o aumento no desempenho deve ter sido considerável com esse
mecanismo.
Por meio de uma tubulação e registros de controle, o vapor a
alta pressão era direcionado até uma caixa, na qual era direcionado para dois
lados do cilindro, permitindo ao pistão, dentro do cilindro representado em
azul realizar trabalho em todos os momentos do seu percurso, economizando
espaço e reduzindo custos.
As primeiras máquinas térmicas não tinham nenhum dispositivo
de segurança, fazendo com que acidentes envolvendo caldeiras fossem frequentes
na Inglaterra e na França durante a revolução industrial. Com o tempo,
dispositivos de segurança foram adicionados, para que a pressão na caldeira não
excedesse valores seguros. O mesmo foi feito nos cilindros, com o objetivo de
evitar travamentos.
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| As caldeiras e máquinas a vapor variavam muito em tamanho, dependendo da aplicação na qual seriam usadas. |
O vapor, após movimentar o pistão, era direcionado para a
câmara de combustão e auxiliava na captação de ar do sistema. Ou seja, as
primeiras máquinas a vapor eram máquinas de ciclo aberto, não existindo um
sistema de arrefecimento: as máquinas eram feitas basicamente de ferro e a
oxidação provavelmente era um grande problema. Radiadores foram implementados
em máquinas modernas, que utilizam turbinas a vapor ao invés de pistões, como
em usinas termoelétricas e nucleares
Você deve estar imaginando como o pistão fazia o movimento
de ir e vir sem travar, certo? Isso somente era possível graças a uma parte
mecânica presente em basicamente todos os motores atuais, o volante do motor. O
volante era uma roda de ferro, normalmente com um grande diâmetro e elevado
peso que, devido às leis de Newton mantinha a máquina em movimento quando o
pistão chegava às extremidades de seu curso, possibilitando o retorno do mesmo.
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| Caldeiras abandonadas - a ocorrência frequente de acidentes foi um dos motivos para o abandono das máquinas a vapor |
Ao volante eram ligadas as engrenagens ou barras de ferro
que transmitiam parte da energia cinética para o equipamento a ser utilizado,
que poderia ser uma indústria inteira, um gerador elétrico, uma locomotiva ou mesmo
um navio, como o Titanic e muitos outros de sua época.
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| Máquina a vapor e engrenagens no Museu Ferroviário de São João del-Rei, MG |
O rendimento de uma máquina a vapor, ou seja, a relação entre o gasto em combustível e a quantidade de trabalho realizado pela máquina, era algo
consideravelmente baixo, tornando seu uso inviável com o desenvolvimento de
motores de combustão interna, como os motores utilizados atualmente. Além da
enorme quantidade de água necessária para seu correto funcionamento. As
máquinas que já movimentaram indústrias, navios, trens e até mesmo carros e
caminhões hoje são utilizadas somente como atrações turísticas ou
demonstrações. Porém, são um importante marco para a história da humanidade e
das ciências.
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| Animação mostrando o funcionamento de uma máquina a vapor |
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