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Resenha Histórica

Com sensivelmente 130 anos de existência, o uso de turbinas a vapor de alta pressão em navios é de aplicação cada vez mais raro. Apesar do seu grande desenvolvimento e aperfeiçoamento ter chegado até aos dias de hoje, o lugar tem sido sucessivamente ocupado por motores Diesel lentos, nos navios mercantes, e médios ou rápidos, nos navios de passageiros e militares.

Tiveram o seu auge no período que antecedeu a Primeira Grande Guerra, quando proporcionaram aos engenheiros muito mais poder que aquele disponível até então, e durante ambas as Grandes Guerras, onde grandes velocidades eram necessárias e as altas rotações de funcionamento uma mais valia.

Gustaf De Laval, Charles Algernon Parsons e C. G. Curtis são considerados os mentores desta máquina. Desde o seu invento, na década de 1880, até aos dias de hoje, o seu conceito de funcionamento permanece praticamente inalterado, havendo contudo diversos melhoramentos visando o aumento do rendimento e diminuição das perdas energéticas.

Foram também usadas nos grandes e ostentosos transatlânticos dos anos 1930, providenciando-lhes potências que chegavam aos 160 mil SHP [118,4 MW] e, depois da Segunda Grande Guerra, aos 240 mil SHP [177,6 MW].

Navio QUEEN ELIZABETH 2 no Tejo a 29 de Outubro de 2005. Construído em 1969 como navio a vapor, foi submetido, em 1986, a uma grande remodelação que visou, sobretudo, a substituição dos seus turbo-geradores a vapor por Diesel-geradores.

A título de curiosidade, os navios da Classe Olympic [classe de qual o TITANIC era o segundo de três navios originalmente idênticos] da Oceanic Steam Navigation Company [mais conhecida como The White Star Line devido ao seu emblema] eram navios "mistos", uma vez que tinham dois grandes motores alternativos a vapor que accionavam os hélices exteriores e uma pequena turbina a vapor [não reversível] para o hélice interior, enquanto que os rivais e mais velhos MAURETANIA e LUSITANIA da Cunard estavam já equipados com quatro turbinas de vante e duas de ré. A preferência da White Star por motores alternativos esteve relacionada com a fraca fiabilidade de uma tecnologia que ainda estava a dar os primeiros passos. Funcionavam ainda a baixas pressões e temperaturas [na ordem dos 15 bar e 250 ºC], enquanto que na actualidade atingem pressões de 300 bar e 600 ºC, tendo recebido um novo fôlego com o desenvolvimento dos navios nucleares, onde o mecanismo de aquecimento de água é um reactor nuclear e não uma caldeira.

Duas fotografias da casa da máquina do navio QUEEN ELIZABETH 2 antes conversão para Diesel-eléctrico em 1986. Na imagens à esquerda são visíveis os três grupos Turbo-geradores; na imagem à direita, o gerador de bombordo, seguido da caixa redutora e finalmente pela turbina.

Fotografias de Clive Robertson protegidas por direitos de copyright.

Nos dias de hoje, a turbina a vapor está a cair em grande desuso, não pela turbina em si, que possui um dos melhores rendimentos entre todas as máquinas térmicas, mas devido ao fraco rendimento e grande volume das caldeiras e à necessidade de grandes e pesadas caixas redutoras, factores de suma importância a bordo de um navio. Depois de equipar grandes e rápidos navios de passageiros, como o QUEEN ELIZABETH 2 ou o UNITED STATES, navios tanque VLCC e ULCC e navios militares, hoje em dia apenas são usadas a bordo de navios militares nucleares, descontando alguns navios cuja propulsão não foi, ainda, reconvertida, como o navio de cruzeiros MAXIM GORKIY. A grande maioria dos navios tanque movidos a vapor foi já abatida e os navios de passageiros originalmente a vapor que ainda navegam viram, na sua maioria, as suas turbinas substituídas por motores Diesel, como é o caso do já referido QUEEN ELIZABETH 2. Actualmente, a maior utilização das turbinas de vapor é produção de electricidade em centrais termo-eléctricas, como a central Termo-Eléctrica do Pego, perto de Abrantes.

Navio MAXIM GORKIY atracado no Terminal de Passageiros da Rocha. Construído também em 1969, ao contrário do QUEEN ELIZABETH 2 possuiu até ser desmantelado máquinas propulsoras a vapor.

Um motor a vapor é uma máquina térmica que produz trabalho à custa da expansão do vapor, existindo sob dois tipos:

Motor a Vapor Alternativo
Motor a Vapor Rotativo

Nos motores alternativos, há uma alternância de movimentos, um "sobe e desce" de êmbolos que fazem girar um veio de manivelas ligado directa ou indirectamente ao hélice, à semelhança do que acontece nos motores Diesel. Este movimento provoca uma elevada vibração, além da perda energética causada pela inércia dos êmbolos.

Os motores rotativos, ou turbinas, têm um movimento relativamente constante e rotativo em torno de um eixo, que está ligado indirectamente ao veio do hélice.

Apesar de existirem estes dois modos bastante diferentes entre si de aproveitar a energia do vapor, ambos podem ser divididos em duas partes:

O gerador [a caldeira], onde o vapor que os alimenta é gerado;
O utilizador [a turbina ou o motor alterno], onde a energia contida no vapor é transformada em trabalho.

A caldeira, organismo útil não só nas instalações a vapor mas em todos os navios, seja para fazer o pré-aquecimento do motor, seja para aquecer o combustível, será abordada num futuro artigo.

O presente artigo visa os dados mais genéricos e menos complicados das turbinas de vapor. Existem muitas variantes ao ciclo de vapor simples. Dada a sua complexidade e enorme variedade, grande parte ficou por abordar. Todos os temas foram abordados superficialmente tendo em vista uma fácil compreenção por parte dos leitores.

Pedro Baptista, Fevereiro 2008

Agradecimentos:

Clive Robertson
João Lourenço
Siemens Power Generation