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[[Ficheiro:Steam engine in action.gif|350px]]
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O '''motor a [[vapor]]''', que é chamado de '''máquina a vapor''' costumeiramente refere-se também a '''[[turbina a vapor]]''' outro tipo de [[máquina térmica]] que exploram a pressão do vapor. Todas as máquinas térmicas funcionam baseadas no princípio de que o [[calor]] é uma forma de [[energia]], ou seja, pode ser utilizado para produzir [[trabalho]], e seu funcionamento obedece às leis da [[termodinâmica]]. Embora a invenção do [[motor de combustão interna]] no final do [[século XIX]] parecesse ter tornado obsoleta a máquina a vapor, ela ainda hoje é muito utilizada, por exemplo, nos [[reator nuclear|reatores nucleares]] que servem para produzir [[energia elétrica]].

No caso da máquina a vapor, o [[fluido]] de trabalho é o [[vapor de água]] sob alta pressão e a alta [[temperatura]]. O funcionamento da turbina a vapor baseia-se no principio de expansão do vapor, gerando diminuição na temperatura e energia interna; essa energia interna perdida pela massa de [[gás]] reaparece na forma de [[energia mecânica]], pela força exercida contra um [[êmbolo]]. Há diversas classificações possíveis para as turbinas a vapor, mas a mais comum é dividi-las entre:

*'''De [[condensação]]''' - É um sistema fechado de geração de energia. Neste, o vapor tanto atravessa a turbina fazendo-a girar como também, ao ser condensado, gera uma zona de baixa pressão no difusor de saída da turbina aumentando o giro e realimentando a caldeira com o agente para novo ciclo. É o tipo mais comum em centrais termoeléctricas e nucleares.

[[Ficheiro:Aeolipile_illustration.png|thumb|150px|right|<center>[[Eolípila]]<center>]]
*'''De contra-pressão''' - Assim chamado é o método mais arcaico que se pode usar numa máquina térmica. É o mesmo [[projeto]] de [[Heron de Alexandria]] usado no segundo século antes de [[Cristo]], o sistema Contra-Pressão é similar a uma máquina a vapor conhecida pelo nome de ''eolípila.''

O fato do vapor não passar por um condensador ao sair da turbina, ocasiona a perda de potencia da turbina. Ele deixa a turbina ainda com certa pressão e temperatura e pode ser aproveitado em outras etapas de uma planta de processo químico, seja em [[aquecedor]]es, [[destilação|destiladores]], [[estufa]]s, ou simplesmente é lançado na [[atmosfera]]. Este tipo é muito usado para acionamento ou [[cogeração]] de energia, em usinas [[petroquímica]]s, [[navio]]s, [[plataforma de petróleo|plataformas de petróleo]], etc...embora seja o sistema mais primitivo de captação de energia.

==História==
As primeiras [[máquinas a vapor]] foram construídas na Inglaterra durante o [[século XVIII]]. Retiravam a [[água]] acumulada nas minas de [[ferro]] e de [[carvão]] e fabricavam [[tecidos]]. Graças a essas máquinas, a produção de mercadorias aumentou muito. E os lucros dos burgueses donos de fábricas cresceram na mesma proporção. Por isso, os empresários ingleses começaram a investir na instalação de indústrias.
As fábricas se espalharam rapidamente pela Inglaterra e provocaram mudanças tão profundas que os historiadores atuais chamam aquele período de Revolução Industrial. O modo de vida e a mentalidade de milhões de pessoas se transformaram, numa velocidade espantosa. O mundo novo do capitalismo, da cidade, da tecnologia e da mudança incessante triunfou.
As máquinas a vapor bombeavam a água para fora das minas de carvão. Eram tão importantes quanto as máquinas que produziam tecidos.
As carruagens viajavam a 12 km/h e os cavalos, quando se cansavam, tinham de ser trocados durante o percurso. Um trem da época alcançava 45 km/h e podia seguir centenas de quilômetros. Assim, a Revolução Industrial tornou o mundo mais veloz. Como essas máquinas substituiam a força dos cavalos, convencionou-se em medir a potência desses motores em HP (do inglês horse power ou cavalo-força).

==Componentes==
Construtivamente as partes principais são:

===Carcaça===

[[Ficheiro:Newcomens Dampfmaschine aus Meyers 1890.png|thumb|right|200px|Máquina a vapor de [[Thomas Newcomen]].]]
Feita de [[aço]] [[fundição|fundido]] e usinado internamente, montada na horizontal. A espessura da carcaça pode ultrapassar 150[[mm]] na região de alta pressão. A função da carcaça é conter todo o conjunto rotativo, composto pelo [[eixo]] e pelas [[palheta]]s, e aconficionar os bocais (nozzles) fixos.

Embora a função seja simples, o projeto mecânico da carcaça é bastante complexo e crítico para o bom funcionamento da turbina a vapor. A principal razão disto, é a alta temperatura que a turbina funciona, e as pequenas folgas entre as partes fixas e as partes rotativas.

Quando o vapor entra na turbina, a alta temperatura, ocorre uma grande dilatação do material, que pode facilmente exceder 15 mm dependendo do tamanho da turbina. Quando ocorre esta dilatação, há o risco de as folgas entre as partes fixas e móveis serem reduzidas a ponto de haver roçamento, e consequentemente, desgaste ou mesmo ruptura das palhetas.

Também, devido a grande espessura da parede, há grandes [[gradiente]]s térmicos. A parte interna, em contato com o vapor, se ditata mais, devido à alta temperatura. A parte externa da parede, em contato com o [[ambiente]], se dilata menos. Essa diferença entre a dilatação do material na parte interna e externa da parede dá origem a fortes tensões que podem causar distorção ou [[dilatação térmica|fadiga térmica]].

===Mancais===

[[Ficheiro:20070616 Dampfmaschine.jpg|thumb|200px|right|Máquina a vapor de [[James Watt]].]]
Na carcaça são montados um conjunto de 2 a 4 mancais, dependendo do tamanho da [[turbina]]. Os mancais podem ser ainda:
*de guia: são os que suportam o [[peso]] do eixo e o carregamento radial. Permitem que ele tenha [[movimento]] giratório livre de [[atrito]].
*de escora: suportam a carga axial decorrente do "choque" do [[vapor]] com as palhetas. É montado no sentido horizontal.

Os mancais de turbinas a vapor não usam rolamentos. Eles são do tipo [[hidrodinâmica|hidrodinâmico]], em que o eixo flutua sobre um [[filme]] de [[óleo]] em alta pressão que é causada pelo próprio movimento do eixo, relativo à parede do [[mancal]].

O mancal também tem um sistema de selagem de óleo e de vapor. Este sistema de selagem impede que vapores de óleo, ou de água, passem da turbina para o ambiente. Normalmente o sistema é constituído de uma série de labirintos que provocam uma perda de carga no fluxo de vapor, reduzindo o vazamento.

===Rotor===

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|[[Ficheiro:Steam engine operating.ogv|thumb|175px|Vídeos de motores... ]]
|[[Ficheiro:Steam engine in Science Museum Power gallery.ogv|thumb|143px|...a vapor em funcionamento.]]
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O [[rotor]] é a parte girante da turbina e responsável pela [[transmissão]] do [[torque]] ao acoplamento. No rotor são fixadas as palhetas, responsáveis pela extração de potência mecânica do vapor. O rotor é suportado pelos mancais, normalmente pelas extremidades. É fabricado com aços ligados e forjados. Os materiais que são empregados atualmente são ligas com altos percentuais de [[níquel]], [[cromo]] ou [[molibdênio]]. Nas máquinas mais modernas, são feitos a partir de um linguote fundido à [[vácuo]], e depois forjado.

O eixo deve ser cuidadosamente balanceado e livre de imperfeições superficiais, que podem funcionar com concentradoras de tensões, o que reduz a resistência à fadiga do eixo.

Em uma das extremidades do eixo é feito o acoplamento, seja a um [[gerador elétrico]], ou a uma máquina de fluxo, como um [[ventilador]], um [[compressor]] ou uma [[Bomba hidráulica|bomba]]. Mas, devido a necessidade de se obter uma rotação diferente no acoplamento, muitas vezes o eixo é ligado a uma [[caixa redutora]] de velocidade, onde a rotação da turbina é aumentada ou reduzida, para ser transmitida ao acoplamento.

===Palhetas===

As palhetas são perfis [[aerodinâmica|aerodinâmicos]], projetados para que se obtenha em uma das faces uma pressão positiva, e na outra face uma pressão negativa. Da diferença de pressão entre as duas faces é obtida uma força resultante, que é transmitida ao eixo gerando o torque do eixo.

===Labirintos===

Os [[labirinto]]s são peças aplicadas em turbinas a vapor com a finalidade de vedar a carcaça sem atritar. São fabricados na grande maioria em [[alumínio]] e são bi-partidos radialmente para facilitar a manutenção da máquina.
Internamente, eles são aplicados para garantir o rendimento da turbina. Nos casos em que há mais de um rotor, o vapor não pode se dissipar dentro da carcaça para não perder energia e baixar o rendimento da máquina.
Os labirintos também são utilizados na vedação da carcaça em relação ao ambiente externo, evitando também a dissipação do vapor para a atmosfera.

Nas turbinas de grande porte, há a injeção de vapor nos labirintos, por meio de uma [[tomada]] vinda da própria máquina, para equalizar as pressões e garantir a vedação da carcaça.

=={{Ver também}}==

* [[Motor Stirling]]

==Ligações externas==

* {{en}} [http://www.animatedengines.com/ Animation interativo]
* {{pt}} [http://www.demec.ufmg.br/port/d_online/diario/Ema078/historia%20do%20motor%20a%20vapor.pdf A História do Motor a vapor]

[[Categoria:Mecânica]]

Motor a vapor - Histórico de revisões

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