Steam Engine Puzzle
Uma máquina a vapor é uma máquina térmica que realiza trabalho mecânico usando vapor como fluido de trabalho.
O uso de água fervente para produzir movimento mecânico remonta a mais de 2.000 anos, mas os primeiros dispositivos não eram práticos. O inventor espanhol Jerónimo de Ayanz y Beaumont patenteou em 1606 a primeira máquina a vapor. Em 1698, Thomas Savery patenteou uma bomba de vapor que usava vapor em contato direto com a água bombeada. A bomba de vapor de Savery usava vapor condensado para criar vácuo e puxar água para uma câmara e, em seguida, aplicava vapor pressurizado para bombear ainda mais a água. A máquina atmosférica de Thomas Newcomen foi a primeira verdadeira máquina a vapor comercial usando um pistão e foi usada em 1712 para bombear uma mina.
Em 1781, James Watt patenteou uma máquina a vapor que produzia movimento rotativo contínuo.[1] Os motores de dez cavalos de potência de Watt permitiram acionar uma ampla gama de máquinas de fabricação. Os motores poderiam ser instalados em qualquer lugar onde água, carvão ou combustível de madeira pudessem ser obtidos. Em 1883, motores que podiam fornecer 10.000 HP tornaram-se viáveis.[2] Os motores a vapor também poderiam ser aplicados a veículos como motores de tração e locomotivas ferroviárias. A máquina a vapor estacionária foi um componente chave da Revolução Industrial, permitindo que as fábricas se localizassem onde a energia hídrica não estava disponível.
Os motores a vapor são motores de combustão externa,[3] onde o fluido de trabalho é separado dos produtos de combustão. Podem ser utilizadas fontes de calor sem combustão, como energia solar, energia nuclear ou energia geotérmica. O ciclo termodinâmico ideal usado para analisar este processo é denominado ciclo Rankine. No ciclo, a água é aquecida e transformada em vapor dentro de uma caldeira operando em alta pressão. Quando expandido através de pistões ou turbinas, é realizado trabalho mecânico. O vapor de pressão reduzida é então condensado e bombeado de volta para a caldeira.
No uso geral, o termo máquina a vapor pode se referir às usinas a vapor integradas (incluindo caldeiras, etc.), como locomotivas a vapor ferroviárias e motores portáteis, ou pode se referir apenas às máquinas de pistão ou turbina, como na máquina de feixe e na máquina a vapor estacionária. Dispositivos especializados, como martelos a vapor e bate-estacas a vapor, dependem do vapor fornecido por uma caldeira separada. Os motores a vapor do tipo pistão alternativo permaneceram a fonte dominante de energia até o início do século 20, quando os avanços no projeto de motores elétricos e motores de combustão interna resultaram gradualmente na substituição dos motores a vapor alternativos (pistão) no uso comercial e na ascensão das turbinas a vapor na geração de energia. Considerando que a grande maioria da geração eléctrica mundial é produzida por motores a vapor do tipo turbina, a “era do vapor” continua com níveis de energia muito superiores aos da viragem do século XIX.
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