12-MaquinaVapor

Prévia do material em texto

MAQUINAS A VAPOR
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
Maio 2012
Progresso do Uso dos Combustíveis
- Biomassa foi o primeiro combustível utilizado pelo homem.
- O carvão foi o primeiro combustível industrial que permitiu o
mundo industrial
- O gás oriundo da gaseificação do Carvão foi o segundo
combustível industrial.
- Depois vieram os combustíveis líquidos.
História do Uso do Carvão
- O carvão foi provavelmente descoberto na China. Marco Polo
ficou maravilhado ao ver as pedras queimando.
- O uso extensivo da lenha acabou com as florestas da Inglaterra.
Henrique VIII baniu o uso de lenha para a combustão.
- A descoberta do carvão salvou a indústria e desenhou a revolução
industrial.
Máquina de Hero de Alexandria 150ac
Aeolipile
- Primeira tentativa conhecida
do uso do vapor para um
propósito prático.
Documentado em Pneumatica.
- O fogo produz vapor. Jatos
opostos produzem uma
potência rotativa.
1º Veículo a Vapor
Ferdinand Verbiest
Palácio do Imperador da China, Peking,1668
Astronomia Europa de 1668
Primeiros Desenvolvimentos
Estudos Teóricos:
1571 Matthesius (Alemanha)
1578 Besson de Orleans
1588 Ramelli
1663 Edward Somerset, Worcester
1689 Denis Papin inventou e construiu a
panela de pressão com válvula de segurança.
1699 Thomas Savery - Primeira máquina a
vapor. 2 recipientes
1699 – Máquina de Savery
Primeiros Desenvolvimentos
1712 – Máquina de Newcomen
1720 – Haycock, Caldeira tipo casco de
placas de cobre.
1769 – James Watt modificou a
máquina de Newcomen adicionando um
condensador separado
1803 – John Stevens, Caldeira de tubos
de água para acionar um barco a vapor
no rio Hudson
1804 – Richard Trevithick, Caldeira de
alta pressão com casco cilindrico de
ferro fundido e motor a vapor de dupla
ação. 1712 – Máquina de Newcomen
Primeiros Desenvolvimentos
Primeiros Desenvolvimentos James Watt - Primeira Máquina Prática
Primeiros Desenvolvimentos
1813 – Stevenson – Locomotiva a Vapor no trilho
1824 – Sadi Carnot – Rendimento do Ciclo de vapor
1856 – Stephen Wilcox - Caldeira de tubos de água
1859 – William Rankine - Formulou o ciclo de vapor de 4 etapas
1881 – Brush Electric Light Co., Primeira planta térmica com
4x73 HP caldeiras de tubos de água
1882 – Primeira caldeira com grelha rotativa introduzida na Pearl
street station
1884 – Charles Parsons - Turbina a vapor
1894 – Uso de caldeiras de tubos de água na marinha
Primeiros Desenvolvimentos
• Máquinas a vapor: Máquinas de combustão externa
– Máquinas de baixa pressão (resfriamento do vapor cria
vácuo)
– Máquinas de alta pressão(vapor aquecido, pressão maior)
• Equipamentos de bombeamento (tipicamente minas de carvão)
– Máquina de Savery, 1698, baixa pressão
– Máquina de Newcomen, c1712, baixa pressão
• James Watt: vários melhoramentos, (1769–1780s), incluindo
movimento rotativo, máquinas de baixa pressão
• Trevithick (et al.) desenvolvimento de máquinas de alta pressão
c1800.
– Adaptadas para locomotivas
• Expansão das ferrovias após 1830 (linha Liverpool-Manchester)
• Desenvolvimentos posteriores:
– Compound engine, metade século XIX.
– Turbina a vapor, Charles Parsons, 1884
Trevithick 1801 Turbina a Vapor
Turbina a vapor - C.A. Parsons, 1884
Desenvolvimentos do Século XX
1900 - Introdução dos tubos de aço sem costura e de queimadores de
óleo com atomização de ar a baixa pressão
1903 - Primeira termoelétrica com turbina a vapor, Fisk station,
Chicago, Commonwealth Edison
1914 – Primeira edição do Código ASME de Caldeiras
1915 – Queimador de copo rotativo e economizador
1920 – Caldeira de carvão pulverizado
1925 – Sistema automático de combustão. Primeira caldeira de
reaquecimento
1929 – Caldeiras flamotubulares portáteis
1957 – Primeira caldeira supercrítica em Philo, Ohio e Central Nuclear
em Shippingport.
1985 – Caldeira de Leito fluidizado borbulhante a pressão atmosférica
1988 – Caldeira de leito fluidizado circulante
Locomotiva a Vapor
Locomotiva a Vapor
1. Water Compartment 12. Boiler Water 23. Steam Chest
2. Coal Bunker 13. Steam Dome 24. Cylinder
3. Worm Coal Conveyor 14. Throttle Valve 25. Piston
4. Reverse Lever (Johnson Bar) 15. Boiler Tubes 26. Crosshead
5. Stoker 16. Dry Pipe 27. Main Rod
6. Throttle Lever 17. Water Delivery Check Valve 28. Side Rod
7. Water Gauge 18. Sand Dome 29. Sand Pipe
8. Firebox 19. Flue Tubes 30. Ashpan Hopper
9. Crown Sheet 20. Superheater Tubes 31. Brick Arch
10. Safety Valve 21. Smokebox 32. Grate
11. Turbine-Generator 22. Blast Pipe 33. Injector
Mecanismo de Acionamento Walschaerts
Mecanismo de Acionamento das Valvulas de Walschaert
Inventado em 1844 por Egide Walschaerts, Belgica
1. Eccentric Crank 8. Radius Bar
2. Eccentric Rod 9. Crosshead Arm
3. Reach Rod 10. Valve Stem Guide
4. Lifting Link 11. Union Link
5. Lifting Arm 12. Combination Lever
6. Reverse Arm & Shaft 13. Valve Stem
7. Link (Expansion Link) 14. Valve Spindle
Mecanismo de Acionamento Walschaerts Fadier a Vapor
1769
Nicolas-Joseph Cugnot
Peso 2,5 tons
Velocidade 4,4 km/h
Motor a Vapor Serpollet
Motor Serpollet 1888
Triciclo Serpollet 1888
1º Automóvel industrial
Monocilindro, 1 hp
30 km/h
Serpollet 1901
Caldeira de Vaporização instantânea.
Patente 25 outobro 1879
Serpollet 1902
Ovo de Páscoa
Recorde Mundial de Velocidade de automóveis: 120,805 km/h
Léon Serpollet 100 hp
13 abril 1902, Passeio dos Ingleses, Nice, França
Stanley Rocket 1906
Recorde Mundial de Velocidade: 205 km/h
Fred H. Marriot
Motor: Stanley Steamer (Vapor)
26 Janeiro 1906, Daytona Beach, EUA
British Steam Car 2009
Recorde Mundial a vapor: 238,68 km/h (quebrou o recorde de 1905)
Don Wales
26 Agosto 2009, Base aérea Edward, California, EUA
Comprimento 7,66 m, largura 1,70 m, Peso 3 ton
Motor: turbina a 2 estágios (max 13.000 rpm) 360 hp (e 3 MW de calor)
Combustível: GPL
N. de caldeiras: 12 (mais de 3 km de tubulações)
Vapor superaquecido 400 °C, 40 bars http://www.steamcar.co.uk/
British Steam Car 2009 Turbina a Vapor
Turbina a Vapor Turbina a Vapor
Turbina Skoda 35MW Komorany Heating Plant
Ciclo Combinado
Horse Power at 125 psi and 600 rpm 4 hp
Size of Cylinder 2.5 x 4"
Rated rpm 450 - 750
Rated Steam Pressure up to 150 psi (10.3 bar )
Steam Consumption up to 200 lb. per/h (91 kg)
Reversing Gear Slip eccentrics
Motor a Vapor 4 hp