Tipos de máquinas a vapor

Esquema do primeiro motor a vapor no qual a revolução industrial foi baseada. Fonte: Tico1516-Jejith, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

O diferente Tipos de máquinas a vapor Eles experimentaram muitas mudanças ao longo da história. Essencialmente, são motores de combustão externos que convertem a energia térmica do vapor de água em energia mecânica. 

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

Um motor 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 promover outra maquinaria.

A primeira máquina a vapor foi criada por Herón de Alejandría no primeiro século e foi nomeada Eolipila. Consistia em uma esfera oca conectada a uma caldeira à qual dois tubos curvos foram anexados. A esfera estava cheia de água que foi fervida, fazendo com que o vapor fosse expulso pelos tubos em alta velocidade, girando a bola.

Embora a eolipila não tenha um propósito prático, certamente 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 máquinas a vapor

1. Máquinas de pistão

Máquinas de pistão usam vapor pressurizado. Por meio de pistões de duplo efeito, o vapor pressurizado entra alternadamente cada lado, enquanto do outro é liberado ou enviado para um condensador.

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

Pode atendê -lo: as 14 características mais importantes do Excel

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

Quando um par de pistões duplos de efeito 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. Vários motores de expansão

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

No movimento ascendente, o vapor parcialmente expandido é operado dentro de um segundo cilindro que está começando seu movimento descendente. Isso gera uma expansão adicional de pressão relativamente alta liberada na primeira câmera.

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

O desenvolvimento desse tipo de motor foi importante para uso em navios a vapor, já que o condensador, recuperando um pouco do poder, transformou o vapor novamente em água para reutilizar na caldeira.

Máquinas a vapor terrestres podem esgotar grande parte de seu vapor e preencher uma torre de água doce, mas no mar não era possível.

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

Pode servir a você: variável (programação): características, tipos, exemplos

3. Motor uniflow, ou fluxo uniforme

Outro tipo de pistão é o motor uniflow, ou fluxo 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 de aberturas no centro do refrigerador.

Isso se traduz em um aquecimento e resfriamento relativos das paredes do cilindro.

Nos motores uniflow, a entrada de vapor é geralmente controlada por válvulas de haste (que funcionam semelhantes às usadas em motores de combustão interna) operados por uma árvore de cames.

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

Em um momento específico no retorno da manivela, o vapor entra e a entrada da bucha é fechada, permitindo a expansão contínua do vapor, operando o pistão.

No final do movimento, o pistão descobrirá um anel de buracos de escape ao redor do centro do cilindro.

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

4. Turbinas a vapor

As turbinas de vapor de alta potência usam uma série de discos rotativos que contêm uma espécie de lâminas do tipo hélice em sua borda externa. Esses discos móveis ou rotores alternam com anéis ou estatores estacionários, fixados na estrutura da turbina para redirecionar o fluxo de vapor.

Pode servir a você: Termômetro: Peças e funções principais

Devido à alta velocidade de operação, essas turbinas estão normalmente conectadas a um equipamento 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 de rotação mais suaves em seu eixo de saída, o que contribui para mais requisitos de manutenção e desgaste mais baixos.

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

Eles também são usados ​​em embarcações marinhas, promovendo navios grandes e submarinos. Praticamente, todas as usinas nucleares geram eletricidade aquecendo a alimentação de turbinas a água e vapor.

5. Motores de propulsão

Existe um motor de propulsão subaquática que usa vapor de alta pressão para atrair água através de um tiro na frente e expeli -lo em alta velocidade da traseira.

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

Para melhorar a eficiência do motor, isso atrai o ar através de uma falta de ar em frente ao jato de vapor, que produz bolhas de ar e muda a maneira como o vapor é misturado com água.

Referências

1. Como funcionam os motores a vapor. Recuperado da ciência.Howstuffwork.com.
2. Motor a vapor. Recuperado da Newworldyclopedia.org.