Como as máquinas térmicas revolucionaram a indústria no século xviii?

Este objeto é um ins­tru­mento de demons­tra­ção de máquina a vapor clás­sica. De maneira sim­pli­fi­cada, este modelo con­siste em uma cal­deira conec­tada a um meca­nismo com pistão que trans­forma o fluxo de vapor em movi­mento das peças.

Esta máquina pode ser divi­dida em partes para faci­li­tar o enten­di­mento. A for­na­lha é o espaço onde o com­bus­tí­vel é quei­mado, gerando o calor que aquece a cal­deira. Sobre a for­na­lha encon­tra-se a cal­deira, onde a água é trans­for­mada em vapor que, por sua vez é levado sob pressão para o cilin­dro. Dentro do cilin­dro há o pistão, peça móvel que é empur­rada cicli­ca­mente para a frente e para trás pela pressão do vapor e leva o movi­mento às rodas e ao gover­na­dor cen­trí­fugo. Este último é um meca­nismo que, de acordo com a velo­ci­dade de giro das massas, con­trola a admis­são do vapor no cilin­dro, ace­le­rando ou freando o movimento.

O motor, pro­pri­a­mente dito, é a parte mecâ­nica que utiliza o vapor sob pressão para gerar movi­mento. Houve diver­sos modelos de motores a vapor, mas o modelo repre­sen­tado por este objeto é o Motor Alter­na­tivo. Neste modelo, uma válvula móvel alterna o lado de admis­são e exaus­tão do vapor dentro do cilin­dro, fazendo com que a exaus­tão seja forçada devido à admis­são de vapor do outro lado do cilindro.

É inte­res­sante ana­li­sar como a energia se trans­forma ao longo do pro­cesso da máquina. A queima de um com­bus­tí­vel con­verte energia química do mate­rial em energia térmica, que causa a eva­po­ra­ção e expan­são da água da cal­deira, que move o pistão e pos­te­ri­or­mente as rodas da máquina, se con­ver­tendo em energia mecâ­nica. Este é o prin­cí­pio das usinas térmicas. 

Usinas térmicas nos dias de hoje

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. 

Pes­quisa: Gabriel Cury Perrone; Físico UFRGS / Feve­reiro 2020