Motor de feixe - Beam engine

Um motor Watt : mostrando a entrada de vapor e água

Um motor de viga é um tipo de máquina a vapor em que uma viga suspensa pivotada é usada para aplicar a força de um pistão vertical a uma biela vertical . Essa configuração, com o motor acionando diretamente uma bomba, foi usada pela primeira vez por Thomas Newcomen por volta de 1705 para remover água de minas na Cornualha . A eficiência dos motores foi melhorada por engenheiros incluindo James Watt , que adicionou um condensador separado ; Jonathan Hornblower e Arthur Woolf , que compuseram os cilindros ; e William McNaught , que desenvolveu um método para compor um motor existente. Os motores de feixe foram usados ​​pela primeira vez para bombear água para fora das minas ou para dentro dos canais, mas podiam ser usados ​​para bombear água para complementar o fluxo de uma roda d'água que aciona um moinho .

A viga de ferro fundido do motor Boulton & Watt de 1812 na estação de bombeamento de Crofton - o exemplo mais antigo em funcionamento no mundo
Atrás do Museu De Cruquius perto de Amsterdã , uma antiga estação de bombeamento usada para bombear o Haarlemmermeer . Ele mostra os feixes do motor de bombeamento e a queda de 9 metros no nível da água do rio Spaarne . O motor de viga é o maior já construído e esteve em uso até 1933.
Os restos de um motor de feixe movido a água em Wanlockhead

O motor de feixe rotativo é um projeto posterior de motor de feixe em que a biela aciona um volante por meio de uma manivela (ou, historicamente, por meio de uma engrenagem solar e planetária ). Esses motores de feixe poderiam ser usados ​​para alimentar diretamente o eixo de linha em uma usina . Eles também podem ser usados ​​para fornecer energia a navios a vapor .

História

Os primeiros motores de feixe eram movidos a água e usados ​​para bombear água de minas. Um exemplo preservado pode ser visto na Straitsteps Lead Mine em Wanlockhead, na Escócia .

Os motores de feixe foram amplamente usados ​​para acionar bombas no sistema de canais inglês quando ele foi expandido por meio de eclusas no início da Revolução Industrial , e também para drenar água de minas no mesmo período e como motores de enrolamento .

O primeiro motor de viga a vapor foi desenvolvido por Thomas Newcomen . Não era, estritamente falando, movido a vapor, pois o vapor introduzido abaixo do pistão era condensado para criar um vácuo parcial, permitindo que a pressão atmosférica empurrasse o pistão para baixo. Portanto, foi chamado de Motor Atmosférico. O motor atmosférico de Newcomen foi adotado por muitas minas na Cornualha e em outros lugares, mas era relativamente ineficiente e consumia uma grande quantidade de combustível. O motor foi melhorado por John Smeaton, mas James Watt resolveu as principais ineficiências do motor Newcomen em seu motor a vapor Watt com a adição de um condensador separado, permitindo assim que o cilindro permanecesse quente. Tecnicamente, este ainda era um motor atmosférico até que (sob patentes subsequentes) ele encerrou a parte superior do cilindro, introduzindo vapor para também empurrar o pistão para baixo. Isso a tornou uma verdadeira máquina a vapor e, sem dúvida, o confirma como o inventor da máquina a vapor. Ele também patenteou o regulador centrífugo e o movimento paralelo . o último permitia a substituição de correntes em volta de uma cabeça de arco e, portanto, permitia seu uso como motor rotativo.

Suas patentes permaneceram em vigor até o início do século 19 e alguns dizem que isso impediu o desenvolvimento. No entanto, na realidade, o desenvolvimento estava em andamento por outras pessoas e, no final do período da patente, houve uma explosão de novas idéias e melhorias. Os motores de feixe de Watt foram usados ​​comercialmente em números muito maiores e muitos continuaram a funcionar por 100 anos ou mais.

Watt detinha patentes em aspectos-chave do projeto de seu motor, mas seu motor rotativo era igualmente restrito pela patente de James Pickard da manivela simples. O motor do feixe passou a ser consideravelmente melhorado e ampliado nas áreas ricas em estanho e cobre do sudoeste da Inglaterra, o que permitiu a drenagem das minas profundas que lá existiam. Conseqüentemente, os motores de feixe da Cornualha tornaram-se mundialmente famosos, pois permanecem entre os motores de feixe mais massivos já construídos.

Devido ao número de patentes em várias partes dos motores e às consequências de violações de patentes, existem exemplos de Beam Engines sem nome de fabricante em nenhuma das peças ( Hollycombe Steam Collection ).

Motores de feixe rotativo

Um pequeno motor de feixe rotativo, construído em 1870 por Thomas Horn com um projeto de James Watt . A manivela é visível na frente, o volante parcialmente oculto pelo motor. (Originalmente instalado em um reservatório de água em Ashford , agora operacional e preservado na ferrovia leve de Bredgar e Wormshill .)
Máquina de feixe de Thomas Horn Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia "Leonardo da Vinci" , Milão.

Em um motor de feixe rotativo, o pistão é montado verticalmente e a haste do pistão aciona o feixe como antes. Uma biela da outra extremidade da viga, em vez de acionar uma haste de bomba, agora aciona um volante.

Os primeiros motores Watt usavam as engrenagens planetárias e solares patenteadas de Watt , em vez de uma simples manivela, já que o uso da última era protegido por uma patente de propriedade de James Pickard . Depois que a patente expirou, a manivela simples passou a ser empregada universalmente. Uma vez que o movimento rotativo foi alcançado, uma correia de transmissão pode ser fixada ao lado do volante. Isso transmitia a força a outros eixos de transmissão e, a partir dessas outras correias, poderia ser acoplada a uma variedade de máquinas estáticas, por exemplo, debulhadoras, trituradoras ou fresadoras.

Motores marítimos

Os primeiros navios movidos a vapor usavam variantes do motor de feixe rotativo. Essas máquinas a vapor marítimas - conhecidas como alavanca lateral, gafanhoto , cruzeta ou 'viga móvel', entre outras - todas variavam das máquinas terrestres originais, localizando a viga ou vigas em posições diferentes para ocupar menos espaço a bordo do navio .

Composto

A composição envolve dois ou mais cilindros; o vapor de baixa pressão do primeiro cilindro de alta pressão é passado para o segundo cilindro, onde se expande ainda mais e fornece mais impulso. Este é o efeito composto; o vapor residual pode produzir mais trabalho se for então passado para um condensador da maneira normal. O primeiro experimento com composição foi conduzido por Jonathan Hornblower , que obteve uma patente em 1781. Seu primeiro motor foi instalado na mina Tincroft, na Cornualha. Tinha dois cilindros - um de 21 polegadas (0,53 m) de diâmetro com 6 pés (1,8 m) de curso e um 27 polegadas (0,69 m) de diâmetro com 8 pés (2,4 m) de curso - colocados lado a lado em uma das extremidades do feixe. Os primeiros motores mostraram pouco ganho de desempenho: a pressão do vapor estava muito baixa, os tubos de interconexão eram de pequeno diâmetro e o condensador ineficaz.

Nessa época, as leis da termodinâmica não eram adequadamente compreendidas, principalmente o conceito de zero absoluto . Engenheiros como Arthur Woolf estavam tentando resolver um problema de engenharia com uma compreensão imperfeita da física. Em particular, a engrenagem da válvula estava ativando na posição errada no curso, não permitindo o trabalho expansivo no cilindro. Os motores compostos Woolf de sucesso foram produzidos em 1814, para a mina de cobre Wheal Abraham e a mina de estanho Wheal Vor .

Motores McNaught

William McNaught patenteou um motor de viga composto em 1845. Em um motor de viga do projeto padrão Boulton & Watt , ele colocou um cilindro de alta pressão, no lado oposto do cilindro existente, onde a bomba de água era normalmente instalada. Isso teve dois efeitos importantes: reduziu enormemente a pressão no feixe e o tubo de vapor de conexão, sendo longo, agiu como um receptor expansivo - o elemento ausente no projeto de Woolf. Esta modificação poderia ser feita retrospectivamente, e os motores modificados seriam considerados "McNaughted". As vantagens de um motor composto não foram significativas em pressões abaixo de 60 libras por polegada quadrada (410 kPa), mas mostraram-se acima de 100 psi (690 kPa).

Motores de feixe preservados

Placa de base e revestimento de mogno, motor de viga, British Engineerium , Brighton
  • Abbey Pumping Station (Leicester, Inglaterra) - aloja quatro motores de feixe rotativo Woolf compostos construídos por Gimson and Company , Leicester.
  • Bolton Steam Museum (Bolton, Inglaterra) - inclui vários motores de feixe rotativo originalmente usados ​​para movimentar moinhos
  • Claymills Pumping Station (Burton-on-Trent, Staffordshire, Inglaterra) - quatro Woolf compostos, rotativos, motores de bombeamento de feixe; cinco caldeiras Lancashire; mais de trinta motores auxiliares no local, incluindo o mais antigo dínamo movido a vapor em funcionamento no país.
  • Coldharbour Mill (Uffculme, Devon) - 1867 Kittoe and Brotherhood beam motor mais Pollit & Wigzell 300 hp cross compostos motor. No vapor, a maioria dos feriados bancários conduz a corrida da corda, juntamente com outras máquinas menores.
  • Bomba de feixe Coultershaw (West Sussex, Inglaterra) - motor de feixe movido a água preservado de 1782.
  • Crofton Pumping Station (Great Bedwyn, Inglaterra) - dois motores, incluindo o mais antigo motor 'Cornish' em funcionamento, em sua localização original, no mundo (1812).
  • Crossness Pumping Station (Abbey Wood, London, England) - conjunto de quatro motores de feixe rotativo: os maiores exemplos de trabalho sobreviventes.
  • Dogdyke Engine (Tattershall, Lincolnshire) - motor de drenagem e roda de coleta , fins de semana de verão com vapor.
  • Eastney Beam Engine House (Portsmouth, Inglaterra) - contém dois motores de feixe rotativo para bombeamento de esgoto, datados de 1887.
  • Elsecar (Elsecar, South Yorkshire, Inglaterra) - o único motor Newcomen sobrevivente (no mundo) a ter permanecido em seu local original (1795).
  • Goulburn Waterworks (Goulburn, NSW, Austrália) - Appleby Bros Beam Engine (1883) 120 hp em funcionamento ainda no edifício original da casa de bombas.
  • Grazebrook beam engine - Um grande Boulton & Watt de bombeamento projetado com um diâmetro de 42 polegadas (1,1 m) em exibição estática na rotatória de Dartmouth na A38 (M) em Birmingham, Inglaterra.
  • Hollycombe Steam Collection (Liphook, Hampshire, Inglaterra) - Um pequeno motor giratório de feijão (aproximadamente 5 cavalos de potência), datado de aproximadamente 1850, usado para fornecer energia a máquinas agrícolas, com uma roda d'água acoplada para complementar a energia.
  • Levant Mine and Beam Engine (Trewellard, Pendeen, Inglaterra) - um motor de viga em funcionamento em uma propriedade do National Trust em West Cornwall, Inglaterra
  • Markfield Beam Engine (Tottenham, Londres, Inglaterra) - um motor rotativo composto.
  • Museu De Cruquius (Cruquius, Holanda) - acredita-se que o motor de oito vigas em Cruquius seja o maior motor a vapor já construído
  • Newcomen Memorial Engine (Dartmouth, Devon) - datado de cerca de 1725. Mecanismo hidráulico adicionado para fins de demonstração.
  • Nottingham Industrial Museum (Nottingham, Inglaterra) - A Steam Gallery contém um impressionante Basford Beam Engine, um dos dois motores construídos em 1858 por RW Hawthorn em Newcastle upon Tyne. Ele foi instalado na estação de bombeamento de Basford para elevar a água de 110 pés (34 m) do arenito abaixo para fornecer água doce à cidade de Nottingham. O motor foi substituído em 1965 e removido para a Steam Gallery, construída para esse fim, onde foi acionado pela primeira vez em 1975.
  • Motor Pinchbeck (Spalding, Lincolnshire) - motor de estrutura 'A' estaticamente preservado.
  • Poldark Mine (Trenear, Cornwall) - Harvey's of Hayle Cornish Beam Engine da Bunny Tin Mine e mais tarde Greensplat China Clay Pit datando de cerca de 1850. Mecanismo hidráulico adicionado para fins de demonstração. O último a trabalhar comercialmente na Cornualha até dezembro de 1959, mudou-se para Poldark em 1972.
  • Ryhope Engines Museum (Ryhope, Inglaterra) - motores de feixe rotativo duplo; construído em 1868.
  • Smethwick Engine (Smethwick, Birmingham, Inglaterra) - a máquina a vapor em funcionamento mais antiga do mundo (1779).
  • Stretham Old Engine (Stretham, Cambridgeshire) - Motor e roda scoop estaticamente preservados.
  • Strumpshaw Steam Museum (Strumpshaw, Inglaterra) - Apresenta um antigo motor de feixe movido a Ar Comprimido de Addington.
  • Tees Cottage Pumping Station (Darlington, Inglaterra) - um motor Woolf de dois cilindros rotativo , projetado por Glenfield e Kennedy de Kilmarnock e construído por Teasdale Bros, sob T&C Hawksley , Civil Engineers, Londres.
  • O motor de feixe rotativo Boulton e Watt (tipo sol e planeta) no Museu Nacional da Escócia (1786). Trabalho ocasional por pneumática
  • O motor Caprington Colliery Newcomen no Museu Nacional da Escócia . Trabalho ocasional em pneumática.
  • Museu Henry Ford (Dearborn, Michigan, EUA) - Fairbottom Bobs , um motor Newcomen da década de 1760.
  • O Museu de Água e Vapor de Londres (Brentford, Londres, Inglaterra) - cinco motores 'Cornish' (na localização original) dos quais quatro estão operacionais, juntamente com dois motores de feixe rotativo operacionais (no museu), incluindo o maior 'Cornish' em funcionamento motor do mundo com um cilindro de 2.286 mm (90 polegadas).
  • The Western Springs Water Works (Auckland, Nova Zelândia) - motor Woolf duplo composto de 1877. Em localização original, restaurada em bom estado de funcionamento com o Museu dos Transportes e Tecnologia construído à sua volta. A restauração do Pumphouse e da casa de campo original dos Engineers foi premiada com o Prêmio de Mérito de 2009 do Programa de Conservação do Patrimônio Cultural da UNESCO na Ásia-Pacífico.

Veja também

Referências

Bibliografia

Leitura adicional

links externos