Turismo de energia a vapor

O poder do vapor foi a força motriz de grande parte da Revolução Industrial no Reino Unido e nos Estados Unidos. Trouxe viagens pelo mundo em oitenta dias ao alcance de passageiros a vapor e ferroviários comerciais no final do século XIX, enquanto impulsionava a expansão do transporte e da industrialização em muitas partes do mundo.

Entenda
Enquanto peregrinações e jornadas educacionais como o Grand Tour foram estabelecidas antes da Era do Vapor, foram os veículos a vapor que tornaram as viagens um prazer e possibilitaram o turismo recreativo, permitindo que pessoas comuns visitassem cidades e resorts nas proximidades, a classe média o continente e os mais ricos a viajar pelo mundo. Os Grand Old Hotels costumam traçar sua história até a Era do Vapor.

A maioria dos motores a vapor recíprocos foi suplantada por motores de combustão interna ou motores elétricos durante o século XX, especialmente nas décadas seguintes à Segunda Guerra Mundial. O número de trens a vapor diminuiu drasticamente, devido tanto à ampla dieselização ou eletrificação do serviço ferroviário existente quanto à substituição de viagens de trem por viagens em rodovias. As turbinas a vapor permanecem em uso comum para algumas aplicações, como geração de energia elétrica. As locomotivas a vapor foram mantidas em reserva, mesmo nos países ocidentais, por um longo tempo, devido à sua capacidade de operar praticamente qualquer combustível, mas muitas delas foram vendidas a entusiastas ou sucateadas nos anos 2000 e 2010.

Motor a vapor
Experimentos iniciais
O primeiro “motor” rudimentar a vapor registrado foi o eolípilo descrito por Hero of Alexandria, um matemático e engenheiro do Egito romano no século I dC. Nos séculos seguintes, os poucos “motores” a vapor conhecidos eram, como o aeolipile, dispositivos essencialmente experimentais usados ​​pelos inventores para demonstrar as propriedades do vapor. Um dispositivo rudimentar de turbina a vapor foi descrito por Taqi al-Din no Egito otomano em 1551 e por Giovanni Branca na Itália em 1629. Jerónimo de Ayanz y Beaumont recebeu patentes em 1606 para 50 invenções movidas a vapor, incluindo uma bomba de água para drenar minas inundadas. Denis Papin, um refugiado huguenote, fez algum trabalho útil no digestor a vapor em 1679, e primeiro usou um pistão para levantar pesos em 1690.

Motores de bombeamento
O primeiro dispositivo comercial movido a vapor foi uma bomba de água, desenvolvida em 1698 por Thomas Savery. Usou o vapor de condensação para criar um vácuo que elevou a água a partir de baixo e depois usou a pressão do vapor para elevá-lo mais alto. Os motores pequenos eram eficazes, embora os modelos maiores fossem problemáticos. Eles tinham uma altura de elevação limitada e eram propensos a explosões de caldeiras. O motor de Savery era usado em minas, estações de bombeamento e fornecimento de água para as rodas de água que acionavam máquinas têxteis. O mecanismo Savery era de baixo custo. Bento de Moura Portugal introduziu uma melhoria da construção de Savery “para torná-lo capaz de trabalhar em si”, como descrito por John Smeaton nas transações filosóficas publicadas em 1751. Ele continuou a ser fabricado até o final do século XVIII. Um motor ainda era conhecido por operar em 1820.

Motores a vapor com pistão
O primeiro motor comercialmente bem sucedido que podia transmitir energia contínua a uma máquina era o motor atmosférico, inventado por Thomas Newcomen por volta de 1712. Ele melhorou na bomba de vapor de Savery, usando um pistão como proposto por Papin. O motor de Newcomen era relativamente ineficiente e usado principalmente para bombear água. Funcionou criando um vácuo parcial condensando vapor sob um pistão dentro de um cilindro. Era empregado para drenar meus trabalhos em profundidades até então impossíveis, e para fornecer água reutilizável para dirigir rodas d’água em fábricas situadas longe de uma “cabeça” adequada. A água que passava sobre a roda era bombeada para um reservatório de armazenamento acima da roda.

Em 1720, Jacob Leupold descreveu um motor a vapor de dois cilindros e alta pressão. A invenção foi publicada em sua obra principal “Theatri Machinarum Hydraulicarum”. O motor usou dois pistões pesados ​​para fornecer movimento a uma bomba de água. Cada pistão foi levantado pela pressão do vapor e retornou à sua posição original por gravidade. Os dois pistões compartilhavam uma válvula rotativa comum de quatro vias conectada diretamente a uma caldeira de vapor.

O próximo grande passo ocorreu quando James Watt desenvolveu (1763-1775) uma versão melhorada do motor de Newcomen, com um condensador separado. Os primeiros motores de Boulton e Watt usaram metade do carvão como a versão melhorada de John Smeaton da Newcomen’s. Os primeiros motores de Newcomen e Watt foram “atmosféricos”. Eles foram alimentados por pressão de ar empurrando um pistão para o vácuo parcial gerado pela condensação do vapor, em vez da pressão do vapor em expansão. Os cilindros do motor tinham que ser grandes porque a única força utilizável atuando sobre eles era a pressão atmosférica.

Watt desenvolveu seu motor ainda mais, modificando-o para fornecer um movimento rotativo adequado para a condução de máquinas. Isso permitiu que as fábricas ficassem afastadas dos rios e acelerassem o ritmo da Revolução Industrial.

Motores
de alta pressão O significado de alta pressão, juntamente com um valor real acima do ambiente, depende da época em que o termo foi usado. Para o uso antecipado do termo, Van Reimsdijk refere-se ao vapor estar a uma pressão suficientemente alta para que ele possa ser exaurido para a atmosfera sem depender de um vácuo para permitir que ele realize um trabalho útil. Ewing 1894, p. 22 afirma que os motores de condensação da Watt eram conhecidos, na época, como baixa pressão em comparação com os motores sem condensação de alta pressão do mesmo período.

A patente de Watt impediu que outras pessoas fizessem pressão alta e motores compostos. Logo após a expiração da patente de Watt em 1800, Richard Trevithick e, separadamente, Oliver Evans, em 1801, introduziram motores usando vapor de alta pressão; Trevithick obteve sua patente de motor de alta pressão em 1802, e Evans já havia feito vários modelos de trabalho antes disso. Estes eram muito mais poderosos para um determinado tamanho de cilindro que os motores anteriores e podiam ser feitos pequenos o suficiente para aplicações de transporte. A partir daí, os desenvolvimentos tecnológicos e as melhorias nas técnicas de fabricação (parcialmente ocasionadas pela adoção do motor a vapor como fonte de energia) resultaram no projeto de motores mais eficientes que poderiam ser menores, mais rápidos ou mais potentes, dependendo da aplicação pretendida.

O motor da Cornualha foi desenvolvido por Trevithick e outros na década de 1810. Era um motor de ciclo composto que usava vapor de alta pressão expansivamente, depois condensava o vapor de baixa pressão, tornando-o relativamente eficiente. O motor da Cornualha tinha movimento e torque irregulares durante o ciclo, limitando-o principalmente ao bombeamento. Motores da Cornualha foram usados ​​em minas e para abastecimento de água até o final do século XIX.

Motor estacionário horizontal
Os primeiros construtores de motores a vapor estacionários consideravam que os cilindros horizontais estariam sujeitos a desgaste excessivo. Seus motores foram, portanto, dispostos com o eixo vertical do pistão. Com o tempo, o arranjo horizontal tornou-se mais popular, permitindo que motores compactos, mas potentes, fossem instalados em espaços menores.

O auge do motor horizontal era o motor a vapor Corliss, patenteado em 1849, que era um motor de contrafluxo de quatro válvulas com válvulas de exaustão e admissão de vapor separadas e corte automático variável de vapor. Quando Corliss recebeu a medalha de Rumford, o comitê disse que “nenhuma invenção, desde o tempo de Watt, melhorou tanto a eficiência da máquina a vapor”. Além de usar 30% menos vapor, forneceu uma velocidade mais uniforme devido ao corte variável de vapor, tornando-o adequado para a fabricação, especialmente a fiação de algodão.

Veículos rodoviários
A primeira estrada experimental movida a vapor foi construída no final do século XVIII, mas foi somente depois que Richard Trevithick desenvolveu o uso de vapor de alta pressão, por volta de 1800, que as locomotivas a vapor móveis se tornaram uma proposta prática. A primeira metade do século XIX viu um grande progresso no projeto de veículos a vapor e, na década de 1850, estava se tornando viável para produzi-los em bases comerciais. Este progresso foi atenuado pela legislação que limitava ou proibia o uso de veículos movidos a vapor nas estradas. As melhorias na tecnologia de veículos continuaram da década de 1860 até a década de 1920. Veículos rodoviários a vapor foram utilizados para muitas aplicações. No século XX, o rápido desenvolvimento da tecnologia dos motores de combustão interna levou ao desaparecimento do motor a vapor como fonte de propulsão de veículos em uma base comercial, com relativamente poucos remanescentes em uso além da Segunda Guerra Mundial. Muitos desses veículos foram adquiridos por entusiastas para preservação, e numerosos exemplos ainda existem. Na década de 1960, os problemas de poluição do ar na Califórnia deram origem a um breve período de interesse em desenvolver e estudar veículos movidos a vapor como um possível meio de reduzir a poluição. Além do interesse dos entusiastas do vapor, da réplica ocasional do veículo e da tecnologia experimental, nenhum veículo a vapor está em produção no momento. Na década de 1960, os problemas de poluição do ar na Califórnia deram origem a um breve período de interesse em desenvolver e estudar veículos movidos a vapor como um possível meio de reduzir a poluição. Além do interesse dos entusiastas do vapor, da réplica ocasional do veículo e da tecnologia experimental, nenhum veículo a vapor está em produção no momento. Na década de 1960, os problemas de poluição do ar na Califórnia deram origem a um breve período de interesse em desenvolver e estudar veículos movidos a vapor como um possível meio de reduzir a poluição. Além do interesse dos entusiastas do vapor, da réplica ocasional do veículo e da tecnologia experimental, nenhum veículo a vapor está em produção no momento.

Motores marinhos
No final do século XIX, os motores compostos entraram em uso generalizado. Os motores compostos esgotaram o vapor em cilindros sucessivamente maiores para acomodar os volumes mais altos a pressões reduzidas, proporcionando maior eficiência. Esses estágios eram chamados de expansões, com motores de expansão dupla e tripla sendo comuns, especialmente no transporte marítimo, onde a eficiência era importante para reduzir o peso do carvão transportado. Os motores a vapor continuaram a ser a fonte dominante de energia até o início do século 20, quando os avanços no projeto da turbina a vapor, motores elétricos e motores de combustão interna gradualmente resultaram na substituição de motores a vapor alternativos (pistão). contando com a turbina a vapor.

Locomotivas a vapor
À medida que o desenvolvimento das máquinas a vapor progrediu ao longo do século XVIII, várias tentativas foram feitas para aplicá-las ao uso rodoviário e ferroviário. Em 1784, William Murdoch, um inventor escocês, construiu um protótipo de locomotiva a vapor. Um modelo de trabalho inicial de uma locomotiva a vapor foi projetado e construído pelo pioneiro John Fitch nos Estados Unidos, provavelmente durante a década de 1780 ou 1790. Sua locomotiva a vapor usava rodas com lâminas internas guiadas por trilhos ou trilhos.

A primeira locomotiva a vapor ferroviária em grande escala foi construída por Richard Trevithick no Reino Unido e, em 21 de fevereiro de 1804, a primeira viagem de trem do mundo aconteceu quando a locomotiva a vapor não denominada de Trevithick transportou um trem ao longo do bondinho. siderurgia, perto de Merthyr Tydfil para Abercynon no sul do País de Gales. O projeto incorporou uma série de inovações importantes que incluíram o uso de vapor de alta pressão, que reduziu o peso do motor e aumentou sua eficiência. Trevithick visitou a área de Newcastle mais tarde em 1804 e as ferrovias de mina de carvão no nordeste da Inglaterra tornaram-se o principal centro de experimentação e desenvolvimento de locomotivas a vapor.

Trevithick continuou seus próprios experimentos usando um trio de locomotivas, concluindo com o Catch Me Who Can, em 1808. Apenas quatro anos depois, a bem-sucedida locomotiva de dois cilindros Salamanca, de Matthew Murray, era usada pelo trilho de grade e cremalheira Middleton Railway. Em 1825, George Stephenson construiu o Locomotion para a Stockton and Darlington Railway. Este foi o primeiro trem a vapor público do mundo e, em 1829, ele construiu o foguete, que foi introduzido e venceu as provas de Rainhill. A Liverpool and Manchester Railway abriu em 1830 fazendo uso exclusivo de energia a vapor para trens de passageiros e de carga.

As locomotivas a vapor continuaram a ser fabricadas até o final do século XX em lugares como a China e a antiga Alemanha Oriental (onde a Classe DR 52,80 foi produzida).

Turbinas a vapor
A última grande evolução do projeto do motor a vapor foi o uso de turbinas a vapor a partir do final do século XIX. As turbinas a vapor são geralmente mais eficientes que os motores a vapor de pistão alternativo (para saídas acima de várias centenas de cavalos de potência), possuem menos peças móveis e fornecem energia rotativa diretamente em vez de um sistema de biela ou similar. As turbinas a vapor praticamente substituíram os motores alternativos nas estações geradoras de eletricidade no início do século XX, onde sua eficiência, maior velocidade apropriada ao serviço do gerador e rotação suave eram vantagens. Hoje, a maior parte da energia elétrica é fornecida por turbinas a vapor. Nos Estados Unidos, 90% da energia elétrica é produzida dessa maneira usando uma variedade de fontes de calor.

Desenvolvimento atual
Embora o motor a vapor recíproco não esteja mais em uso comercial generalizado, várias empresas estão explorando ou explorando o potencial do motor como uma alternativa aos motores de combustão interna. A empresa Energiprojekt AB, na Suécia, fez progressos no uso de materiais modernos para aproveitar o poder do vapor. A eficiência do motor a vapor da Energiprojekt atinge cerca de 27-30% em motores de alta pressão. É um motor monocilíndrico de 5 cilindros (sem composto) com vapor superaquecido e consome aprox. 4 kg (8,8 lb) de vapor por kWh.

Ferrovias a
vapor Enquanto o vapor é visto com nostalgia ou mesmo anseio pelos “bons velhos tempos” em lugares onde o último serviço de vapor aconteceu há algumas décadas, muitas economias em desenvolvimento ou emergentes vêem a existência de locomotivas a vapor como “atrasadas” e constrangedoras . A Alemanha Ocidental teve uma quase total proibição de vapor na linha principal depois que as últimas locomotivas a vapor oficiais foram retiradas. Atitudes semelhantes prevalecem hoje em alguns países. Dito isto, em linhas marginais ou de outra forma abandonadas, o vapor ainda é freqüentemente visto e às vezes há até uma sobretaxa nos ingressos quando as locomotivas a vapor operam comparadas aos trens a diesel “regulares”.

Navios a vapor, navios e barcos
Antes da adoção generalizada de viagens aéreas comerciais no período pós-Segunda Guerra Mundial, os imensos transatlânticos percorriam os mares. O Royal Mail Ships da época do RMS Titanic, competindo para transportar os milionários do dia, competiu agressivamente em velocidade e luxo.

Nos rios do interior, como o Mississippi, o distinto barco a vapor da roda de pás já foi uma visão comum. Alguns ainda operam como restaurações históricas ou como réplicas, imitações de precisão variável.

O Canadá
RMS Segwun, Gravenhurst é um navio a vapor restaurado totalmente operacional. Construído em 1887, ela originalmente transportou turistas para casas de campo Muskoka e entregou carga e correio.
O PS Trillium, Toronto, é um barco a vapor de rodas que serviu como um ferry das ilhas de Toronto entre 1910 e 1957. Ela foi restaurada e retornou ao serviço no sistema de Toronto Island Ferry em 1976.

Inglaterra
Um pequeno número de pequenos barcos movidos a vapor continua a operar em Windermere, no English Lake District.

Sir Walter Scott do navio a vapor de Scotland , cais de Trossachs, Loch Katrine, por Callander, Stirling.
O PS Waverley é o último vaporizador a remo do mundo. Construído em 1946, ela navegou no Firth of Clyde por muitos anos. Desde a restauração, Waverley tem operado excursões regulares durante o verão. A maioria está navegando a partir do Clyde, mas também há algumas viagens até a costa oeste e Hébridas da Escócia, bem como ao redor do Canal de Bristol, Tâmisa e costa sul da Inglaterra.

Estados Unidos da América
Belle de Louisville, Louisville, Kentucky é o mais antigo barco a vapor do estilo do Mississippi e um marco histórico nacional.
Ticonderoga, Shelburne (Vermont) é um navio a vapor que serviu como uma balsa do lago Champlain até 1969. Preservada e transportada por terra para o Museu Shelburne, ela agora está aberta para passeios.

Motores a vapor estáticos
O uso mais rápido da energia a vapor para a indústria foi o bombeamento (originalmente das minas), mas os grandes motores a vapor mais tarde se tornaram a força motriz de todo tipo de maquinário industrial, de têxteis ao abastecimento de água. Algumas cidades (incluindo Otaru Japan, Vancouver Canadá e Saint Helier Jersey) pretendem operar um relógio a vapor – ou um relógio que aciona um apito a vapor – como um marco local em algum ponto central da vila.

Canada
Pump House e Steam Museum, Kingston (Ontário), antiga estação de bombeamento de água a vapor restaurada na década de 1970

Inglaterra
, ponte kew, vapor, museum.
Museu do vapor de Bolton.
Forncett Industrial Museu Steam, Forncett St Mary, Norfolk, Inglaterra NR16 1JJ, 44 +44 1508 488277, ✉ forncettsteammuseum@gmail.com.

A Austrália
Cockatoo Island, em Sydney, é o lar de um guindaste a vapor que costumava ser usado para o carregamento de barcos.
Carrosséis de vapor, galopadores e equipamentos para feiras

Carrossel de Vapor da Holanda , Efteling.

A Inglaterra
Carter’s é um parque de diversões itinerante, com alguns dos equipamentos antigos (notavelmente seus Gallopers) sendo operados a vapor. Funciona sazonalmente, em horários de turnê, por isso os locais variam.

Motores de tração e carros a vapor

Inglaterra
Hollycombe Steam Collection

Segurança
Os motores a vapor possuem caldeiras e outros componentes que são vasos de pressão que contêm uma grande quantidade de energia potencial. Escapes de vapor e explosões de caldeiras (normalmente BLEVEs) podem e causaram no passado uma grande perda de vida. Embora possam existir variações nos padrões em diferentes países, são aplicados procedimentos legais, testes, treinamentos, cuidados com manufatura, operação e certificação rigorosos para garantir a segurança.

Os modos de falha podem incluir:

pressurização excessiva da caldeira de
água insuficiente na caldeira causando superaquecimento e
acúmulo de vasos de sedimentos e incrustações que causam pontos quentes locais, especialmente em barcos fluviais usando a
falta de pressão da água de alimentação suja da caldeira devido à construção ou manutenção inadequada.
escape de vapor da tubagem / caldeira causando queimaduras

Os motores a vapor freqüentemente possuem dois mecanismos independentes para garantir que a pressão na caldeira não seja muito alta; uma pode ser ajustada pelo usuário, a segunda é tipicamente projetada como uma falha definitiva. Tais válvulas de segurança usavam tradicionalmente uma alavanca simples para conter uma válvula de encaixe no topo de uma caldeira. Uma extremidade da alavanca carregava um peso ou mola que restringia a válvula contra a pressão do vapor. Válvulas adiantadas poderiam ser ajustadas pelos motoristas, levando a muitos acidentes quando um motorista apertou a válvula para permitir maior pressão de vapor e mais potência do motor. O tipo mais recente de válvula de segurança usa uma válvula de mola ajustável, que é travada de tal forma que os operadores não podem mexer em seu ajuste, a menos que uma vedação seja quebrada ilegalmente. Este arranjo é consideravelmente mais seguro.

Plugues fusíveis de chumbo podem estar presentes na coroa da fornalha da caldeira. Se o nível da água cair, de tal forma que a temperatura da coroa da fornalha aumente significativamente, o chumbo se derrete e o vapor escapa, alertando os operadores, que podem então suprimir manualmente o fogo. Exceto na menor das caldeiras, a fuga de vapor tem pouco efeito sobre o amortecimento do fogo. Os plugues também são muito pequenos na área para reduzir significativamente a pressão do vapor, despressurizando a caldeira. Se fossem maiores, o volume de vapor que escapava poria em perigo a tripulação.