Trabalho máquina a vapor

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Máquinas Térmicas Ligada a Sistema de Gás e Vapor 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 A busca por grandes inovações sempre esteve presente na sociedade em todos os períodos da humanidade. Muitos processos foram alcançados, modicados e melhorados com o principal objetivo de tornar a vida cada vez mais ágil. Com isso, a máquina a vapor utilizou-se da crescente aparição de informações para poder se desenvolver. 
 Durante séculos, as tarefas que envolviam um excesso de gasto de energia, dependiam da energia física gerada pelo próprio homem, ou pelos animais. Com a necessidade de se aperfeiçoar o processo, surgiu a máquina a vapor, foi a primeira máquina capaz de aproveitar, de uma maneira eficiente, a energia acumulada nos combustíveis para gerar movimento. 
 Também chamado de motor a vapor, uma de suas grandes vantagens era não depender mais das condições climáticas, como acontecia com a potência gerada por moinhos de vento. 
 
 
P a l a v r a s - c h a v e s : Inovação, Movimento e Eficiência 
 
 
 
 
 
 
A B S T R A C T : 
 
The search for great innovations has always been present in society in all periods of humanity. Many processes were achieved, modified and improved with the main objective of making life even more agile. With that, the steam engine used the growing appearance of information to be able to develop. 
 For centuries, tasks that involved excessive expenditure of energy depended on physical energy generated by man himself, or by animals. With the need to improve the process, the steam engine appeared, it was the first machine capable of efficiently taking advantage of the energy accumulated in fuels to generate movement. 
Also called a steam engine, one of its great advantages was that it was no longer dependent on weather conditions, as was the case with the power generated by windmills. 
 
 
 
 
 
K e y w o r d s : I n n o v a t i o n , M o v e m e n t a n d E f f i c i e n c y 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
 
 
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 6 
Objetivo geral..............................................................................................7 
METODOLOGIA DO TRABALHO ..................................................................... 8 
DESENVOLVIMENTO ........................................................................................ 9 
 História da máquina a vapor .................................................................... 9 
Funcionamento da máquina a vapor ..................................................... 13 
 Qual é a função de uma máquina a vapor?............................................14 
 História da Locomotiva a vapor ...................................................................... 14 
 Funcionamento da locomotiva a vapor?................................................16 
 Principios tecnologicos da locomotiva a vapor ....................................17 
 Transformação de Energia........................................................................17 
 Principio de funcionamento.....................................................................18 
 Partes constituintes..................................................................................19 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 21 
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES .......................................................... 21 
BIBLIOGRÁFIA ................................................................................................ 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
 As máquinas a vapor revolucionaram o mundo a partir do século XVIII. A invenção destas máquinas criou alternativas confiáveis aos sistemas anteriores de fonte de trabalho. As principais fontes de trabalho eram a tração animal e a energia dos ventos, como em barcos à vela ou cata-ventos. 
 Quando falamos em máquinas a vapor, o primeiro exemplo é sempre o da locomotiva, mas é importante perceber que a revolução destas máquinas que geram movimento a partir da queima de combustível não se resumem ao transporte. As primeiras máquinas a vapor eram estacionárias e utilizadas para bombear água, e os mesmos princípios foram utilizados em maquinários industriais. A invenção e utilização de máquinas a vapor foi extremamente importante para a 1ª Revolução Industrial. 
 Hoje em dia, o princípio das máquinas a vapor ainda é muito utilizado. As usinas termoelétricas e de fissão nuclear utilizam a queima de combustível ou a emissão de radiação, respectivamente, como forma de aquecer a água de uma caldeira e gerar vapor sob pressão. O vapor é utilizado para mover as turbinas de geradores elétricos que convertem o movimento das turbinas em energia elétrica. Os motores à combustão interna, como os dos carros, foram uma nova revolução. Nestes o combustível é o mesmo material que se expande e gera o movimento dos pistões, mas o princípio da máquina térmica é o mesmo desde 1800. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Objetivo Geral 
 
Neste trabalho tem como objetivo falar sobre a máquina a vapor que foi o símbolo da revolução industrial, este tema vamos conhecer mais a cerca da máquina a vapor, como funciona, em que é que foi aplicada, os seus antepassados e as suas consequências na população, na indústria, entre outros. 
 
 
Objetivos Específicos 
 
Como objetivo específico demonstraremos a evolução da máquina vapor a fim de mostrar a sua importância e influência no desenvolvimento da locomotiva a vapor. Para isso, será realizada uma análise da sua história, dos tipos e o funcionamento. 
2. METODOLOGIA DO TRABALHO 
 
 A metodologia utilizada, se baseia em Pesquisas bibliográfica, foi realizado um estudo aprofundado quase exclusivamente em sites com o intuito de ampliar o conhecimento nos mecanismos de funcionamento dos motores a vapor assim como no funcionamento de locomotivas a vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
3. DESENVOLVIMENTO 
 
História da máquina a vapor 
 
 A necessidade que deu origem à máquina a vapor foi a extração da água que inundava muitas minas de carvão na Inglaterra no século XVII. Para extrair a água, eram usadas bombas de extração impulsionadas por cavalos, porém esse sistema era pouco eficiente. 
 A primeira máquina a vapor relatada, foi a Eolípila(também chamada de "bola de vento"), criada por Heron de Alexandria em 120 a.C. (século I)(na figura 01), resumidamente, uma esfera oca era fixada sobre um suporte de tubos, que recebia vapor de forma tangencial e se movimentava girando em torno do seu centro de rotação . Em 1698, Thomas Savery, engenheiro militar inglês, criou um motor que leva o seu nome que poderia ser utilizado dentro das fábricas, sendo considerado uma das evoluções iniciais da revolução industrial(na figura 02). Em 1712,Thomas Newcomen projetou uma nova máquina que poderia ser utilizada dentro de minas de carvão, a qual, apesar de mais lenta que as anteriores, podia tanto elevar água quanto cargas mais pesadas e tinha um custo de capital muito menor (uma vez que substituía os cavalos que eram usados no trabalho)(na figura 03). Em 1769, Joseph Cugnot criou um triciclo(na figura 04), movido a vapor,que é considerado o primeiro carro a vapor construído. O veículo de Cugnot envolveu-se naquele que é tido como o primeiro acidente rodoviário motorizado da história. Todavia, foi no ano de 1777 que o motor a vapor mais importante foi criado, quando James Watt, fabricante de instrumentos londrino, aperfeiçoou o motor a vapor de Newcomen. Após perceber uma falha no projeto da mesma, que era o tempo gasto, demasiadamente elevado, para ter o aquecimento, tanto do vapor quanto do combustível, em um mesmo cilindro. melhorando o projeto, criou assim um segundo cilindro, que revolucionou a atividade industrial. 
 Esse fato transformou por completo a sociedade, pois o tempo necessário para realizar muitas tarefas repetitivas diminuiu tremendamente. Produziram-se mudanças bastante radicais nomodo de vida das pessoas: deslocamento desde as zonas rurais até as cidades e o surgimento de novas profissões são alguns exemplos. 
 
 
Figura01 - Máquina a Vapor- Eolípila Figura02 - Motor a vapor de 
Thomas Savery 
 
 
 
 
 
Figura03 - Motor a vapor de Figura04 - triciclo construído para fins militares, 
	Thomas Newcomen. 	 	 	 	utilizando motor a vapor 
 
 
 
 
 
Figura05 - Motor a vapor de James Watt. 
 
- Esquema de funcionamento de uma Máquina de Watt: o condensador separado evitava o resfriamento do cilindro a cada ciclo, aumentando o rendimento da máquina em relação aos modelos de Newcomen. 
 
Funcionamento de uma maquina a vapor 
 
Ao queimar combustível, obtém-se vapor de água, que percorre um circuito até chegar a um cilindro. Dentro do cilindro, o vapor de água empurra um pistão, que, por sua vez, ao se deslocar, move uma roda. 
Quando o pistão alcança o extremo do cilindro, a válvula de saída se abre, liberando o vapor, e o pistão, empurrado pela roda, retoma a sua posição inicial, atingindo a outra extremidade do cilindro. 
A válvula de saída, então, se fecha e a válvula de entrada volta a se abrir, fazendo com que o ciclo se inicie novamente. O efeito final obtido é o giro contínuo da roda. 
 
 
 
Figura06- Esquema de funcionamento de uma máquina a vapor 
 
 
Qual é a função de uma máquina a vapor? 
 
O motor a vapor é uma máquina que transforma a energia térmica do vapor em energia utilizando um êmbolo que se movimenta dentro de um cilindro, assim como a máquina de Watt. O combustível queima fora do cilindro, ou seja, é de combustão externa o que diminui a poluição 
 
História da Locomotiva a vapor 
 
Até o século XVIII, quando surgiram as primeiras aplicações das máquinas térmicas na realização de trabalho, os transportes terrestres eram puxados por tração animal, simplesmente vagões puxados por cavalos, utilizados principalmente em minas para transportar a matéria-prima extraída. 
A primeira locomotiva a vapor foi inventada, numa versão simples, em 1804, por Richard Trevithick para a Penydarrem Iron Works em Wales(1771-1833)(na figura 07 e 08) na Inglaterra, que foi o país natal da locomotiva a vapor, que é essencialmente uma máquina a vapor usada para impulsionar um veículo sobre os trilhos. para a Penydarrem Iron Works em Wales. Ele foi capaz de transportar uma boa carga (25 toneladas aproximadamente) com um grande trilho e uma grande máquina estacionária a vapor; isto fez, contudo, que outros se animassem a construir locomotivas a vapor. 
 As primeiras locomotivas a realizar trabalho útil foram encomendadas e usadas pelas minas de carvão, do nordeste da Inglaterra, entre 1813-1820. Em 1825, foi inaugurada uma ferrovia pública entre as cidades inglesas de Stockton e Darlington. Projetada para usar a tração animal, estendia por 3km ou menos, e servia ao transporte simples, como carvão ou pedras, até o cais de embarque, mas George Stephenson (1781-1848), importante construtor de locomotivas para minas de carvão, persuadiu os diretores a usar uma locomotiva a vapor, que puxaria trens mais pesados que os cavalos conseguiriam agüentar. O sucesso dessa linha levou à construção de uma maior e mais importante entre Liverpool e 
Manchester. A invenção do freio a ar, que reduziu em 90% a distância para deter o veículo em via plana, a fabricação de caldeiras, pistões e cilindros mais resistentes, permitiu a construção de locomotivas mais potentes e velozes. 
 Durante um século, as locomotivas a vapor serviram de força motriz para quase todas as ferrovias do mundo. 
 A locomotiva a vapor atingiu o auge na década de 1930. Na Europa, muitas ferrovias usavam excelentes trilhos, capazes de suportar locomotivas de 100t e quando destinadas ao transporte expresso de passageiros, capazes de desenvolver 160 km/h. Nos EUA, e na maioria dos paises em desenvolvimento, os trilhos eram mais leves e mal assentados, as locomotivas raramente ultrapassavam 80 km/h. Atualmente as locomotivas a vapor restringem-se a um número limitado de ferrovias na África e na Ásia, e a algumas linhas locais. 
 
 
 
Figura07- motor de bonde de alta pressão Figura08- Desenho original da locomotiva 
	de Richard Trevithick 	 	 	 	 de Trevithick 
 
Funcionamento da locomotiva a vapor 
 
 Pode-se descobrir como funciona uma locomotiva a vapor observando uma panela de pressão. Ao colocar no fogo uma panela de pressão com água, observa-se que, depois de certo tempo, a válvula da panela começa a girar. Se, nesse momento, é tirada a válvula o vapor sairá violentamente. Isso acontece porque, no interior da panela, parte da água evaporou e a pressão do vapor é muito maior que a pressão atmosférica. 
 A locomotiva, assim como qualquer máquina a vapor, utiliza a pressão do vapor para produzir movimento. Na locomotiva, o combustível é madeira ou carvão, que se queima em um forno. A combustão esquenta uma caldeira em que há água, produzindo vapor. Como em uma panela de pressão, o vapor se encontra em alta pressão. O vapor sai, então, por um duto e chega a um cilindro, no qual entra por uma válvula de admissão. 
 A alta pressão em que o vapor se encontra faz com que ele entre com violência e empurre o pistão que existe dentro do cilindro. Para retornar a sua posição inicial, o pistão faz com que o vapor, que perdeu pressão, saia por uma válvula de escape. O movimento dos pistões da locomotiva se transmite para as rodas por meio de um sistema biela-manivela. 
Dentro do motor das locomotivas acontece a combustão do carbono e hidrogênio provenientes do carvão e do oxigênio do ar, produzindo calor. Porém um efeito negativo desta reação é ser uma grande causadora da poluição atmosférica. A energia química da reação é transformada em energia térmica que é, então, convertida em energia mecânica, que corresponde à força motriz de funcionamento das locomotivas a vapor. 
 
 
 
 
PRINCÍPIOS TECNOLÓGICOS DA LOCOMOTIVA A VAPOR 
 
Transformação de Energia 
 
 A combustão proveniente da combinação do carbono e hidrogênio contidos no carvão , com o oxigênio do ar, produz calor e é um exemplo da transformação da energia química em energia térmica. 
 A água à temperatura elevada, entra em ebulição e se transforma em vapor. Se a experiência for feita num recipiente arrolhado , o vapor formado aumenta de volume e não podendo dilatar-se livremente, adquire força expansiva e faz saltar a rolha. 
 Assim a força expansiva do vapor, que é uma energia térmica, convenientemente aproveitada , pode transformar-se em energia mecânica ou de movimento e ser empregada nas máquinas a vapor como força motriz. 
Porém um efeito negativo desta reação é ser uma grande causadora da poluição atmosférica. 
 
 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Observemos um recipiente fechado, suficientemente resistente e contendo água até certa altura. Sob a ação do calor nele contido se vaporiza e acumula-se na parte superior. 
O esquema animado abaixo, ele esquematiza o funcionamento de uma locomotiva a vapor. Onde vemos o fogo representa a fornalha, onde o combustível é queimado, em seguida os gases da combustão são conduzidos até a saída pela, podemos dizer chaminé, mas antes passam por tubos cheio de água, que será aquecida e transformada em vapor. 
 
 Em seguida podemos acompanhar o movimento do vapor descendo pela seta branca, apontando que o vapor esta indo para o cilindro. Quando o vapor chega até o cilindro podemos ver dois caminhos um vermelho e outro amarelo. Ambos os caminhos são aberto ou fechado por um mecanismo ligado à roda e que acompanha perfeitamente o movimento do cilindro. O caminho vermelho é o do vapor aquecido de entrada cuja força movimenta o embolo. 
O caminho amarelo é o de saída do vapor por uma segunda chaminé(na figura 
09). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura09- Esquema de funcionamento. 
 
PARTES CONSTITUINTES 
 
A locomotiva faz a tração de veículos sobre trilhos. Consta da caldeira, mecanismo motor e veículo. Este consta num chassi, suportado pôr certo números de rodeiros, assentado sobre ele as diversas partes da máquina.Os motores (cilindros) são geralmente em número de dois e acionam as rodas motoras pôr meio do sistema biela-manivela. 
são constituídas basicamente de: 
CALDEIRA: onde se produz o vapor de água; 
· Cilindro 
· Recipiente onde a água se vaporiza 
· Aparelhos de alimentação 
 
MECANISMO: Conjunto de elementos mecânicos que tem pôr objetivo de transformar a energia calorífica dos combustíveis em energias mecânica transmitir o movimento resultante dos êmbolos aos eixos motrizes e finalmente, transformar esse movimento retilíneo alternado em circular contínuo para as rodas; 
· Cilindro. 
· Válvula distribuidora. 
· Órgãos destinados à transmissão e transformação dos movimentos. 
 
VEÍCULO: 
· carroceria(caixilho) 
· rodas, 
· eixos, 
· caixas de graxa 
· molas. 
CAIXA DE FOGO: Em cujo interior se aloja a fornalha. 
CORPO CILÍNDRICO: Contendo os tubos superaquecedores, que são destinados ao aumento da superfície de aquecimento onde se da a vaporização completa da água, de maneira a não trabalhar com vapores saturados nos cilindros. 
CAIXA DE FUMAÇA: Onde os gases da fornalha se encontram com o vapor vindo dos cilindros e saem pela chaminé. 
Segundo a natureza do serviço, elas podem destinar-se exclusivamente ao transporte de viajantes, de carga ou fazer essas duas coisas, hora uma hora outra. A cada transporte desse, costumava-se denominar um correspondente tipo de máquina: 
· Locomotiva de viagem, 
· Locomotiva de carga, 
· Locomotiva mista. 
Segundo a disposição dos cilindros , pode-se ter uma locomotivas de cilindros interiores ou uma locomotiva de cilindros exteriores, conforme estejam colocados os ditos cilindros entre duas rodas de um mesmo eixo ou fixo pôr fora. O primeiro sistema oferece mais estabilidade à locomotiva e um movimento mais regular. Pôr outro lado os cilindros exteriores são mais acessíveis e descartam a utilização de mais uma eixo no mecanismo. 
 
 
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	4. 	JUSTIFICATIVA 
 
A locomotiva a vapor ainda tem uma aplicabilidade nos dias atuais, principalmente no turismo. O mecanismo de funcionamento da locomotiva a vapor para a transformação da energia térmica em energia mecânica e como é realizado o seu comando, ao que se tem conhecimento não é disponível em detalhes na literatura. 
A invenção da máquina a vapor revolucionou esse sistema de transporte. As locomotivas a vapor funcionaram até a aparição de máquinas com motor elétrico ou a diesel, em meados do século XX. 
 
 
 
	5. 	CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 
 
Com este trabalho de investigação, análise e estudo concluo que a aplicação da máquina a vapor na indústria, agricultura e transportes desencadeou alterações demográficas e de organização da sociedade. A máquina a vapor foi a grande impulsionadora da Revolução Industrial, mudou o modo de produção e desenvolveu as indústrias, principalmente a indústria têxtil e metalúrgica. O trabalho artesanal deu lugar, asim ao trabalho mecanizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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	6. 	BIBLIOGRAFIA 
 
https://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/maquina-a-vapor https://notapositiva.com/a-maquina-a-vapor/# https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_a_vapor 
 
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