Os 5 principais tipos de motores a vapor - Ciência - 2023

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O diferente tipos de motores a vapor Eles passaram por muitas mudanças ao longo da história e a tecnologia tem permitido continuamente que evoluam de uma maneira notável.

Essencialmente, os motores a vapor são motores de combustão externa que convertem a energia térmica do vapor de água em energia mecânica. Eles foram usados para movimentar bombas, locomotivas, navios e tratores, sendo na época essenciais para a Revolução Industrial. Atualmente são utilizados para geração de energia elétrica por meio de turbinas a vapor.

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

A primeira máquina a vapor foi inventada por Heron de Alexandria no século I e foi chamada de Eolipila. Consistia em uma esfera oca conectada a uma caldeira à qual dois tubos curvos eram fixados. A esfera foi preenchida com água que foi fervida, fazendo com que o vapor fosse expelido pelos tubos em alta velocidade, fazendo a bola girar.

Embora a eolipila não tivesse finalidade prática, sem dúvida representa a primeira implementação do vapor como fonte de propulsão.

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 êmbolo

As máquinas de êmbolo usam vapor pressurizado. Por meio de pistões de dupla ação, o vapor pressurizado entra alternadamente em cada lado e, do outro, é liberado ou enviado para um condensador.

A energia é absorvida por uma barra deslizante vedada contra a fuga de vapor. Essa haste, por sua vez, aciona uma haste de conexão conectada a uma manivela para converter o movimento alternativo em movimento giratório.

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

Ao usar um par de pistões de dupla ação, o avanço da manivela é compensado por um ângulo de 90 graus. Isso garante que o motor sempre funcionará, independentemente da posição em que a manivela esteja.

2- Vários motores de expansão

Outro tipo de máquina a vapor usa vários cilindros de simples ação que aumentam progressivamente em diâmetro e movimento. O vapor de alta pressão da caldeira é usado para empurrar o primeiro pistão de diâmetro menor para baixo.

No movimento ascendente, o vapor parcialmente expandido é conduzido para um segundo cilindro que está iniciando seu movimento descendente. Isso gera uma expansão adicional da pressão relativamente alta liberada na primeira câmara.

Além disso, a câmara intermediária descarrega para a 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 seu uso em navios a vapor, já que o condensador, ao recuperar um pouco da energia, novamente convertia o vapor em água para seu reaproveitamento na caldeira.

As locomotivas a vapor terrestres podiam exaurir grande parte de seu vapor e ser recarregadas em uma torre de água doce, mas no mar isso não era possível.

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

3- Motor Uniflow ou fluxo uniforme

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

A eficiência térmica é obtida por meio de um gradiente de temperatura em todo o cilindro. O vapor sempre entra nas extremidades quentes do cilindro e sai pelas aberturas no centro do refrigerador.

Isso resulta em uma redução no aquecimento e resfriamento relativos das paredes do cilindro.

Em motores uniflow, a entrada de vapor é geralmente controlada por válvulas poppet (que funcionam de forma semelhante às usadas em motores de combustão interna) que são acionadas por um eixo de comando.

As válvulas de admissão abrem para admitir vapor quando o volume mínimo de expansão é alcançado no início do movimento.

Em um determinado momento do giro da manivela, o vapor entra e a tampa de entrada fecha, permitindo a expansão contínua do vapor, acionando o pistão.

No final do curso, o pistão descobrirá um anel de orifícios de exaustão ao redor 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 giratórios que contêm uma espécie de pás do tipo hélice em sua borda externa. Esses discos ou rotores móveis alternam-se com anéis estacionários ou estatores, presos 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 a pistão. Eles também produzem forças rotacionais mais suaves em seu eixo de saída, o que contribui para menores requisitos de manutenção e menor desgaste.

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

Eles também são usados em aplicações marítimas, alimentando grandes embarcações e submarinos. Praticamente todas as usinas nucleares geram eletricidade por meio do aquecimento de água e da energia de turbinas a vapor.

5 - Motores de propulsão

Há um motor de propulsão subaquático que usa vapor de alta pressão para puxar a água por uma entrada na frente e expulsá-la em alta velocidade na parte traseira.

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 puxa o ar por uma abertura na frente do jato de vapor, o que cria bolhas de ar e muda a forma como o vapor se mistura com a água.

Referências

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New World Encyclopedia (2015). "Motor a vapor". Recuperado em 14 de junho de 2017 em newworldencyclopedia.org.
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