5 de abril de 2019

Primeiro controle automático: James Watt, regulador centrífugo

O matemático e engenheiro James Watt, nasceu em Greenock, Escócia, a 19 de janeiro de 1736. Passou muito tempo na oficina do pai construindo modelos. Estudou a fabricação de instrumentos em Londres durante um ano retornando depois à Escócia, onde investiu na fabricação dos seus próprios instrumentos, trabalhando na oficina da Universidade de Glasgow.

Começou a fazer experiências com a máquina de vapor quatro anos após ter aberto a sua loja e conseguiu mostrar que 80% do calor produzido é consumido para aquecer o cilindro uma vez que o vapor era condensado e separado num compartimento do pistão que mantém o cilindro à temperatura do vapor injetado.

Em 1764, Watt, observando perdas de vapor em máquinas Newcomen, desenvolveu um modelo de capacitor separado do cilindro, reduzindo assim as perdas. Em 1768, com John Roebuck, construiu seu modelo de motor a vapor.

Watt desenvolveu então, em 1769, um novo tipo de máquina, na qual o vapor era libertado para a atmosfera através da abertura de uma válvula, o que evitava as desvantagens da condensação do vapor por ação de um jato de água fria.

Em 1782 James Watt patenteou a máquina de ação dupla e o regulador de força centrífuga para o controle automático da máquina; O paralelogramo articulado em seu lugar remonta a 1784. Neste mesmo período, a Watt apresentou uma unidade de “medição de potência conhecida como” para comparar a energia

produzida pelas máquinas a vapor, que ainda é usada hoje para indicar a potência dos motores de veículos a motor.

Watt morre em 1819 e seus restos mortais estão enterrados no cemitério da Paróquia de St. Mary em Handsworth, no condado de West Midlands.

O regulador centrifugo

A função do regulador centrífugo de Watt é regular automaticamente a pressão nas caldeiras de uma máquina a vapor, via válvula de entrada de vapor, não permitindo que a pressão suba muito, pois há risco de explosões ou pode danificar o motor; e impedir que baixe demasiadamente.

Abaixo, temos uma representação esquemática do regulador centrífugo e uma representação real:

James Watt_Per automação
http://www.sbmac.org.br/eventos/cnmac/cd_xxviii_cnmac/posters/185posterCNMAC2005_uziel_silva.pdf

O regulador de Watt trata-se de um eixo principal E ligado ao volante V do motor a vapor que se conecta por uma redução a um eixo menor e que gira tendo em sua extremidade superior duas hastes metálicas iguais com duas esferas iguais de contrapeso nas pontas. As hastes estão ligadas ao eixo e de modo que quando este gira as hastes abrem um ângulo com o eixo vertical e, dependendo da velocidade de rotação angular de e. As esferas possuem massa m.

James Watt_Per automação
Fonte: Projeto de Iniciação Científica, Grupo: Teoria Qualitativa das Equações Diferenciais, Regulador de Watt

Às hastes conectamos ainda, em pontos a uma mesma distância da base móvel comum, duas outras hastes menores que também possuem ângulo central variável e que ao se abrirem devido à rotação de e fazem subir um pequeno anel ligado a uma alavanca. Ao subir, esta alavanca faz abrir a válvula aliviadora da pressão da caldeira a vapor.

Equipe P&R Automação Industrial

Fontes:

SILVA, Uziel Paulo da; DANTAS, Márcio José Horta. Dinâmica do Regulador Centrífugo. 2018. Faculdade de Matemática – Universidade Federal de Uberlândia-UFU. Disponível em: <http://www.sbmac.org.br/eventos/cnmac/cd_xxviii_cnmac/posters/185posterCNMAC2005_uziel_silva.pdf>. Acesso em: 01 abr. 2019.

PINTO, Marco Gui Alves. James Watt e a máquina a vapor. 2011. HISTÓRIA DA FÍSICA. Disponível em: <http://historiadafisicauc.blogspot.com/2011/06/james-watt-e-maquina-vapor.html>. Acesso em: 01 abr. 2019.

JAMES Watt. 2018. DeMotor. Disponível em: <https://pt.demotor.net/maquina-a-vapor/historia/james-watt>. Acesso em: 01 abr. 2019.

CANO, J.m. Díaz de La Cruz. Regulador de Watt. 2018. MecFunNet. Disponível em: <http://mecfunnet.faii.etsii.upm.es/Xitami/webpages/reguwatt.html>. Acesso em: 22 mar. 2019.

Projeto de Iniciação Científica, Grupo: Teoria Qualitativa das Equações Diferenciais, Regulador de Watt