Coluna: Projetos iniciais de motores a vapor destinados à mineração

Mar 07, 2023

13 de maio de 2023

Quando Thomas Savery recebeu uma patente britânica para seu motor a vapor em 1689, não foi inteiramente sua invenção. De acordo com muitos historiadores, Savery baseou seu projeto em uma ideia anterior de Edward Somerset, Second Marquee of Worcester. De acordo com o Royal Collection Trust, a ideia de Somerset, que ele chamou de "motor de comando de água, foi um precursor do motor a vapor. O Trust afirma que era um motor hidráulico construído a partir do cano de um canhão e Worcester esperava que pudesse ser usado na agricultura para acelerar a irrigação.

Savery projetou seu motor não para irrigação, mas para bombear água de uma mina na Cornualha.

Há uma ironia no fato de que o motor de Savery, que ele projetou para minas, não era usado para bombear minas, mas sua bomba a vapor era útil para fornecer água a propriedades e casas de campo, não encontrou interesse entre os proprietários de minas, afirma o American Physical Society, em julho de 2018, vol. 27, edição número 7 da APS News. O artigo "2 de julho de 1698: Thomas Savery patenteia uma das primeiras máquinas a vapor"

A revista acadêmica online, o artigo do Economic Historian de 31 de julho de 2022, "Steam Engine", afirma que o motor de Savery foi projetado para usar fogo para bombear água para fora das minas. Funcionava enchendo um tanque com vapor e, posteriormente, isolando o tanque da fonte de vapor. Quando a temperatura no tanque cheio de vapor caiu devido ao isolamento, o vapor condensou, criando um vácuo no tanque. O vácuo foi formado pela diferença de volume entre as fases líquida e gasosa da água. A água das minas preenchia o vácuo e, embora o sistema de vácuo fosse bem-sucedido, só funcionava com eficiência em profundidades rasas. A água puxada para o tanque era então expelida ou forçada a subir até 80 pés usando pressão de vapor.

O motor apresentava várias falhas, afirma a APS News. Não era eficiente para levantar água, em parte porque ainda não existia tecnologia para usinar juntas hermeticamente fechadas. Todas as peças eram feitas de latão, cobre e bronze, reunidas a partir de peças fundidas ou moldadas e depois soldadas ou rebitadas. A vedação imperfeita significava que os motores estavam propensos a explodir. Também consumia muito combustível para torná-lo economicamente viável para aplicações de mineração.

Thomas Newcomen era um ferreiro (ferreiro), contratado por Savery para forjar seu próprio motor. O NPS afirma que Savery permitiu que Newcomen falsificasse uma cópia da máquina para sua própria pesquisa no quintal. Em 1712, Newcomen construiu seu próprio motor a vapor com base no projeto de Savery, mas o motor a vapor atmosférico de Newcomen era muito superior ao de Savery, diz o NPS. O motor de Newcomen mostrou desempenho muito melhor, diferenças mecânicas significativas, não precisava de pressão de vapor e usava o vácuo de maneira diferente.

O motor Newcomen utilizava um pistão trabalhando dentro de um cilindro aberto, afirma o Museu Nacional da Escócia, que abriga um motor Newcomen original. O pistão foi conectado por correntes a uma viga de balanço. Na outra ponta, a viga estava conectada às bombas da mina por uma haste. No curso ascendente, o cilindro é preenchido com vapor da caldeira e, em seguida, água fria é injetada no cilindro para transformar o vapor de volta em água e criar um vácuo (quando a água se transforma em vapor, ela se expande 1.500 vezes, portanto, um volume contido de vapor, se condensado de volta à água, criará um vácuo). O vácuo então puxou o pistão para baixo e, por meio da viga oscilante, levantou o êmbolo na bomba d'água.

O uso de uma viga oscilante no motor de Newcomen foi como o motor mais tarde se tornou conhecido como um motor de viga.

Como aponta o historiador econômico, a principal falha do motor Newcomen era que ele consumia vapor excessivo para reaquecer o pistão durante cada curso de aquecimento e resfriamento. para a época, entretanto, era o melhor design disponível.

O próximo desenvolvimento - e foi importante - veio de um fabricante de instrumentos da Escócia chamado James Watt. Watt não inventou uma máquina a vapor; ele havia inventado um condensador de vapor. Ele estudou um dos motores de Newcomen que lhe pediram para consertar, viu suas falhas e as aprimorou, usando sua própria invenção. Ele revolucionou a aplicação de vapor.