Máquinas térmicas, funcionamento e usos | Parte I

RKA - Olá, meu amigo ou minha amiga. Tudo bem com você? Seja muito bem-vindo ou bem-vinda a mais uma aula de ciências da natureza. E, nessa aula, nós vamos conversar sobre as máquinas térmicas, o seu funcionamento e de que forma ela pode ser utilizada para realizar uma série de atividades. Mas, antes de falar sobre qualquer coisa, a gente precisa compreender aquilo que é uma máquina térmica. Uma máquina térmica é um dispositivo capaz de realizar trabalho convertendo energia térmica em energia mecânica. Então, por mais que a gente possa pensar que um ônibus, um automóvel, uma geladeira e um condicionador de ar não tenham nenhuma relação, eles têm sim. Pois todos esses equipamentos podem ser considerados uma máquina térmica. Mas, enfim, antes de buscar compreender aquilo que é a máquina térmica, vamos fazer uma pequena viagem ao longo do tempo e conhecer algumas das principais máquinas térmicas que foram desenvolvidas ao longo da história. Bem, as máquinas térmicas não foram desenvolvidas ontem, já que de acordo com os registros históricos, a primeira máquina térmica foi a máquina de Heron que era, inclusive, uma espécie de máquina a vapor, já que utilizava o vapor proveniente da ebulição da água para se movimentar. Um detalhe, ela foi construída no século 1 depois de Cristo com o único objetivo de divertir as pessoas. A máquina de Heron era composta de um recipiente fechado, exceto por duas saídas posicionadas de tal forma que permitiam a saída do vapor do líquido quando esse líquido entrava em ebulição. A pressão do vapor gera uma força no braço do recipiente, fazendo com que ele rotacione. Ou seja, o braço vai se movimentar e girar. Meu amigo ou minha amiga, observe esse desenho aqui do lado, que esse desenho aqui está representando a máquina de Heron. Um detalhe, para você observar algo bem parecido com isso no dia a dia, é só observar a válvula de uma panela de pressão. Quando a água está fervendo e o vapor começa a sair, a válvula começa a girar, algo bem parecido com a máquina de Heron. Bem, enfim, depois da máquina de Heron muita coisa aconteceu no setor das máquinas térmicas. Mas, podemos começar a conversar aqui sobre as máquinas modernas. As máquinas que foram desenvolvidas a partir do século 17, um período que, de fato, teve a construção das primeiras máquinas utilizadas para auxiliar o ser humano em suas atividades rotineiras e também produtivas. O primeiro projeto bem sucedido de uma máquina térmica foi o do inglês, engenheiro militar, capitão Thomas Savery. E, inclusive, a máquina foi desenvolvida em 1698. Essa máquina serviu como uma bomba d'água e tinha como objetivo resolver um problema da época: bombear a água das minas de carvão que inundavam constantemente, já que elas eram bastante profundas. Embora a tentativa tenha sido algo realmente interessante e útil, a máquina de Savery não possuía a eficiência suficiente para bombear a água. Foi aí que em 1712, o inglês Thomas Newcomen desenvolveu uma bomba hidráulica capaz de realizar essa tarefa. A máquina de Newcomen tinha uma construção simples e não envolvia técnicas especiais ou caras. Diga-se de passagem, a construção dessa máquina, em larga escala, proporcionou à Inglaterra uma supremacia tecnológica que durou 150 anos. Claro, não posso deixar aqui de falar com você que, com o desenvolvimento das máquinas a vapor, muitas das atividades que antes eram utilizadas pela mão de obra humana ou por animais começaram a ser realizadas com o auxílio de uma máquina. Isso gerou mudanças significativas em diversos setores da sociedade da época, principalmente, na Inglaterra onde tudo isso começou. Esse conjunto de mudanças que ocorreu na Europa entre os séculos 17 e 19 e, que substituiu o trabalho artesanal pelo assalariado com o auxílio das máquinas, inclusive, ficou conhecido como revolução industrial. O período de revolução industrial foi caracterizado pela evolução da forma de trabalho e esse período pode ser dividido em três etapas. Inicialmente, tivemos a produção de objetos por meio do artesanato, onde o próprio artesão possuía instalações e matéria prima e conhecia todas as etapas de produção dos produtos. Não existiam as máquinas a vapor, nessa época, e isso permite uma certa flexibilidade para as pessoas produzirem os seus produtos e ferramentas com as suas próprias mãos, em muitos casos, na sua própria residência. Na sequência, a produção passou a funcionar nos moldes da manufatura, ou seja, uma forma de produção caracterizada pelo trabalho do artesão sob a gerência e coordenação de um empresário burguês. Inclusive, dividia a organização produtiva, colocando os artesãos em áreas específicas e, com isso, gerando um aumento na produtividade devido à divisão do trabalho. Por fim, tivemos o período, que tem tudo a ver aqui com a nossa aula sobre máquinas térmicas, já que tivemos a origem do sistema fabril da maquinofatura e do surgimento das fábricas, diminuindo, com isso, o trabalho braçal já que os trabalhadores eram contratados apenas para operar as máquinas, perdendo, com isso, as características do artesanato. O período entre 1768 e 1860 é conhecido como a era do carvão e do ferro, já que foi caracterizado pela utilização de máquinas de ferro e madeira movidas, principalmente, a carvão e pela formação de médias e pequenas empresas, onde o desenvolvimento econômico ficou marcado pela formação do capitalismo industrial. Foi nesse período, meu amigo ou minha amiga, que algumas invenções ganharam um certo destaque, tais como a máquina de fiar produzida por James Hagreaves, em 1767, que era operada por um único trabalhador e permitia realizar o trabalho de 8 pessoas. Foi nesse mesmo período que James Walt aperfeiçoou a máquina a vapor criada lá por Thomas Savery em 1698, que, como eu já falei com você, foi um dos principais símbolos da revolução industrial e que substitui o trabalho realizado pelo homem ou por um animal pelo trabalho mecânico. Nós vamos voltar a falar sobre Joule na próxima parte dessa aula. Mas, antes disso, é legal a gente falar um pouco sobre outra coisa também. Existem diversos tipos de máquinas térmicas, mas a mais conhecida, historicamente falando, é a máquina a vapor que, como eu já falei, utiliza a energia liberada no processo de ebulição da água para realizar alguma função. Uma das principais aplicações das máquinas a vapor foram as locomotivas. A primeira locomotiva a vapor usando trilhos foi construída pelo engenheiro inglês Richard Trevithick e fez o seu primeiro percurso em 21 de fevereiro de 1804. A locomotiva conseguiu puxar 5 vagões com 10 toneladas de carga e 70 passageiros a uma incrível velocidade de apenas 8 km/h. Sim, sim. Ele se movimentava bem devagar, esse trem. Mas, de qualquer forma, ele foi considerado o primeiro trem e, por isso, é muito importante a gente falar aqui sobre ele. Um detalhe é que essa locomotiva usava trilhos fabricados em ferro fundido. Pelo fato dessa locomotiva ter sido pesada demais para a linha férrea, a linha precisava ser reparada o tempo todo. Talvez, por isso, essa locomotiva não tenha feito muito sucesso a princípio. Mas, apesar desse pequeno projeto não muito bem sucedido, as locomotivas tiveram um futuro brilhante e, no final do século 19, já eram uma das principais formas de transportes em massa entre grandes distâncias, tanto na Europa, quanto nos Estados Unidos. Não podemos esquecer do Brasil que teve a sua primeira estrada de ferro construída na cidade de Magé, no Rio de Janeiro. Conhecida como estrada de ferro Mauá, a linha férrea tinha, inicialmente, a extensão de cerca de 15 quilômetros, indo do porto de Mauá a Fragoso. Ela foi inaugurada no ano de 1854 durante o segundo reinado. Não podemos deixar de falar que a estrada de ferro Mauá foi construída pela empresa de, ninguém menos, que Irineu Evangelista de Souza, o barão de Mauá. A locomotiva, que recebeu o nome de Baronesa e que transportou a família real em diversos momentos, está, atualmente, no museu ferroviário do Engenho de Dentro, localizado no Rio de Janeiro. Bem, enfim, meu amigo ou minha amiga, como vimos aqui, as máquinas térmicas foram muito úteis para o setor industrial e para o transporte. Do século 17 até hoje, muita coisa aconteceu e as máquinas térmicas foram aperfeiçoadas. Hoje, temos muitas dessas máquinas funcionando em nosso dia a dia e nos ajudando com diversas atividades. Dentre as diversas máquinas, podemos citar os automóveis, as motocicletas, os barcos, os navios, e os aviões. dentre outros. Além, é claro, dos refrigeradores e condicionadores de ar que, apesar de não parecerem máquinas térmicas, eles são, mas são chamados de máquinas térmicas invertidas. Bem, o porquê disso, a gente vai ver na próxima parte dessa aula. Por falar nisso, na próxima parte dessa aula, também vamos conversar sobre as leis físicas que explicam o funcionamento de uma máquina térmica, além de buscar compreender o que é o trabalho mecânico realizado por uma máquina. Então, aproveitando aqui o momento, quero deixar para você um grande abraço e até o próximo vídeo.