Maquinas Térmicas

Video:Telecurso Ensino Médio-Física- Aula 28 .

Introdução

Sabemos que, quando a água ferve numa panela tampada, a força do vapor é capaz de mover e até mesmo levantar a tampa. Assim, com o calor podemos obter força.
Neste trabalho iremos explicar de uma forma claro oque são as maquinas térmicas, seu funcionamento, vantagens e desvantagens desta maquina em nosssa sociedade os tipo de motores existentes, seus ciclos cientistas envolvidos.

O que são maquinas térmicas

Máquinas térmicas são máquinas que realizam trabalho e lidam com a variação de temperatura. Normalmente, as máquinas térmicas retiram calor da fonte quente e transferem-no para a fonte fria, o que define sua eficiência. Uma máquina térmica tem maior eficiência se transforma mais calor em trabalho, transferindo, portanto, menos calor na fonte fria. As máquinas térmicas utilizam energia na forma de calor (gás ou vapor em expansão térmica) para provocar a realização de um trabalho mecânico. Por isso o cilindro com pistão móvel é um dos principais componentes dessas máquinas: o gás preso dentro do cilindro sob pressão, quando aquecido, expande-se, deslocando o pistão e realizando trabalho. As máquinas térmicas são dispositivos para transformar o calor em trabalho em regime contínuo, utilizando a força do vapor d'água ou da mistura gasosa produzida na combustão de certas substâncias. As principais máquinas térmicas são as máquinas a vapor e os motores a explosão

As maquinas térmicas e a revolução industrial

A Revolução Industrial está diretamente relacionada com a Física e Química das Máquinas Térmicas. Foi a utilização do calor fornecido na queima de determinados combustíveis, que contribuiu de maneira decisiva nos processos industriais.
Uma máquina térmica é uma máquina que tem como objetivo tranformar calor (proveniente da queima do carvão, por exemplo) em trabalho (movimento de uma turbina, por exemplo). As máquinas térmicas, além de serem utilizadas em fabricas, foram muito utilizadas na época da revolução industrial para a retirada da água de minas.

Vou dar destaque neste momento para um tipo de máquina térmica que utiliza vapor de água na realização de trabalho. Este tipo de máquina é denominado máquina a vapor. A primeira máquina a vapor foi a eolípila de Heron Alexandria (século I a.C.).

Máquinas a vapor

O calor produzido na queima de carvão, petróleo ou qualquer outro combustível esquenta a água contida em uma caldeira e a transforma em vapor. Uma caixa de distribuição conduz o vapor pelo caminho adequado a um cilindro, dentro do qual há uma peça chamada êmbolo, ou pistão, que se desloca de um extremo a outro do cilindro. O êmbolo - por meio de um mecanismo biela-manivela para transformar o movimento de vaivém em movimento de rotação - move o volante a cujo eixo ficam ligados os elementos encarregados de realizar o trabalho mecânico. O vapor procedente do ciclo anterior encontra-se no outro lado do êmbolo, que o empurra para o condensador, no qual se converte em água líquida, passando novamente para a caldeira, em que o ciclo recomeça. Maquina a Vapor-Museu da Ponte da Torre localizada em Londres .

A Revolução Industrial foi um fenômeno internacional, tendo acontecido de maneira gradativa, a partir de meados do século XVIII. A Revolução Industrial provocou mudanças profundas nos meios de produção humanos até então conhecidos, afetando diretamente nos modelos econômicos e sociais de sobrevivência humana. O modelo feudal, essencialmente agrário - e que caracterizou o período medieval - começa a entrar em decadência, cedendo lugar, paulatinamente, ao modelo industrial - primeiramente em nível local, regional, para, logo em seguida, dar início à Revolução Industrial: em nível internacional de larga escala.

A grande Revolução Industrial começou a acontecer a partir de 1760, na Inglaterra, no setor da indústria têxtil, a princípio, por uma razão relativamente fácil de se entender: o rápido crescimento da população e a constante migração do homem do campo para as grandes cidades acabaram por provocar um excesso de mão-de-obra nas mesmas. Isto gerou um excesso de mão-de-obra disponível e barata - que permitiria a exploração e a expansão dos negócios que proporcionarão a acumulação de capital (Capitalismo) pela então burguesia emergente. Isto tudo, aliado ao avanço do desenvolvimento científico - principalmente com a invenção da máquina à vapor e de inúmeras outras inovações tecnológicas - proporcionou o início do fenômeno da industrialização mundial – ocorrido, como já foi comentado, primeiramente, na Inglaterra.

No século XVII, no ano de 1600, a população da Inglaterra passou de 4 milhões de habitantes para cerca de 6 milhões; no século seguinte, no ano de 1700, a população já beirava os 9 milhões de habitantes! Na Europa Continental, esse crescimento foi ainda mais rápido: na França, por exemplo, a população passou de 17 milhões, em 1700, para 26 milhões em 1800. O crescimento demográfico em tal escala proporcionou uma forte expansão dos mercados consumidores para bens manufaturados, especialmente vestuários.

Um outro fator importante no acontecimento revolucionário industrial, foi que, na Inglaterra, o consumo de tecidos de lã era muito maior que os de algodão. Os tecidos de algodão eram importados da índia, de modo que para proteger a indústria local de lã, o Parlamento inglês criou tarifas pesadas sobre as importações dos tecidos de algodão estrangeiros e, dessa forma, acabou por incentivar a industrialização dos tecidos de algodão na própria Inglaterra – que, com a medida, ficavam sem concorrentes.

Até meados do século XVIII (1760), a fiação tanto de lã como de algodão era feita manualmente em equipamentos toscos chamados rocas, rocadoras, de baixíssimo rendimento. A partir de 1764, James Hargreaves inventou e introduziu no mercado a sua famosa máquina “Spinning Jenny”, que consistia numa máquina de fiar que multiplicou a produção em 24 vezes em relação ao rendimento das antigas rocas.

Logo em seguida, o mesmo inventor colocava à disposição do mercado tinha uma nova invenção: a lançadeira volante “Fly-Schepel”. A combinação desse processo de tecelagem com a fiação das “Spinning Jenny” produziu uma verdadeira revolução, que seria completada com a invenção do Bastidor Hidráulico de Richard Arkwright, que tornou possível a produção intensiva das tramas longitudinais e latitudinais – invento que foi otimizado com a chamada Mula Fiadora (Spinning Mule) inventada por Samuel Cropton, em 1789, uma combinação da Spinning Jenny de James Hargreaves com o bastidor de Richard Arkwright.

Com esses novos processos mecânicos, a produção aumentou de 200 a 300 vezes em comparação com o que era produzido antes, no mesmo tempo. Por outro lado, melhorou substancialmente a qualidade do fio. Ainda no século XVIII, em 1792 um outro invento de Eli Whitney conseguiu separar mecanicamente as sementes da fibra do algodão, de modo a reduzir substancialmente o seu preço.

As primeiras máquinas eram suficientemente baratas para que os fiandeiros pudessem continuar a trabalhar em suas casas. No entanto, na medida em que aumentavam de tamanho, deixaram de ser instaladas nas habitações para serem instaladas nas oficinas ou fábricas perto dos cursos d'água que podiam ser utilizados como fontes de força motriz. É importante lembrar, que, até então, toda força motriz utilizada na indústria incipiente era de fonte hidráulica. A transição da indústria doméstica para o sistema fabril não se fez do dia para a noite, de modo que, durante muito tempo, a fiação de algodão continuou sendo feita em casa, assim como nas primeiras fábricas.

Entretanto, em 1851, já três quartos das pessoas ocupadas na manufatura trabalhavam em fábricas de médio e grande porte. Porém, a tecelagem continuou sendo uma industria doméstica, até que surgiu a invenção de um tear mecânico, que era barato e prático. Com essas invenções, os tecelões manuais foram deslocados para as fábricas e, praticamente, com o passar do tempo, acabaram por desaparecer.

As inovações introduzidas na indústria têxtil deram à Inglaterra uma extraordinária vantagem no comércio mundial dos tecidos de algodão, a partir de 1780. O tecido era barato e podia ser comprado por milhões de pessoas que jamais haviam desfrutado o conforto de usar roupas leves e de qualidade. Em 1760, a Inglaterra exportava 250 mil libras esterlinas de tecidos de algodão e, em 1860, já estava exportando mais de 5 milhões. Em 1760, a Inglaterra importava 2,5 milhões de libras-peso de algodão cru, e já em 1787 importava 366 milhões.

Ao lado das grandes invenções e inovações no campo da indústria têxtil, surgiu uma outra grande invenção: a máquina a vapor, de James Watts, em 1763. Segundo alguns historiadores, foi essa combinação das invenções no campo da indústria têxtil e a máquina a vapor, principalmente na indústria de mineração, dos transportes ferroviários e marítimos, que, num período de 100 anos (1770 a 1870), caracterizaram e promoveram a grande Revolução Industrial.

O rápido crescimento da população no continente europeu e nas colônias, principalmente entre 1800 e 1850, fizeram com que, também, em outros países da Europa, se construísse um clima favorável à proliferação industrial.

Um elemento importante no contexto da Revolução Industrial foi a melhoria generalizada dos sistemas transportes, nas mais variadas partes da Europa: Na Áustria, foram construídos mais de 48 mil Km de estradas, entre 1830 e 1847; a Bélgica quase dobrou sua rede de estradas no mesmo período; e a França construiu, além de estradas, 3.200 km de canais. Nos Estados Unidos, onde a industrialização se processou num ritmo cada vez mais veloz, depois de 1830, o total das estradas saltou de 34.000 Km, em 1800, para 272.000 Km, em 1856.

Por volta de 1840, os países da Europa Continental e também os Estados Unidos, seguiam mais ou menos lentamente o rumo da industrialização inglesa. Nos 10 anos seguintes, porém, o advento das estradas de ferro alterou inteiramente essa situação. A explosão das ferrovias provocou um surto de expansão em todas as áreas industriais. Não só aumentou em enormes proporções a demanda de carvão e matérias-primas, como também de grande variedade de bens pesados, como: trilhos, locomotivas, vagões, sinais, chaves de desvio, como também possibilitou um transporte mais rápido das mercadorias da fábrica para o ponto de venda, reduzindo o tempo de distribuição e o custo das mercadorias.

Entre 1850 e 1570, a Grã-Bretanha continuou a ser o gigante industrial do Ocidente. Entretanto, pouco a pouco, a França, a Alemanha, a Bélgica e os Estados Unidos viriam a assumir posições cada vez mais importantes.

A sustentação de uma posição privilegiada no campo industrial levou os países europeus a uma política agressiva na área comércio internacional, procurando impedir que outros países, principalmente fora da Europa, desenvolvessem satisfatoriamente as suas indústrias. A Europa usava seu poderio econômico e, quando necessário, sua força militar, para garantir que o mundo permanecesse dividido entre os produtores de manufaturas e os fornecedores das matérias primas, localizadas principalmente nos países colonizados. Este foi um aspecto da divisão do trabalho que, em nível mundial, mais caracterizou a Revolução Industrial.

Enfim, o conseqüente processo de urbanização e a formação da consciência de classe – a nova classe dos trabalhadores, que passarão a se organizar em sindicatos – podem ser considerados os aspectos mais importantes e relevantes no tocante às conseqüências dos processos que levaram à Revolução Industrial.

Os avanços da industria moderna em relação aos motores modernos

Os avanços da industria moderna foram que com que a partir da primeira maquina a vapor , o processo industrial teve um grande salto em nosssa sociedade as vantagens foram de maior produtividade , a propria tecnologia;avanço e evolução das nossas industrias, menos mão de obra mais produtividades menos gastos para com o trabalhador e mais lucro.
no Setor automotivos ouve grandes avanços , a criação de novos motores entre 1.0 ; 2.0 e em relação as Valvulas 18 ,16 valvulas , procurando com isso trazer mais potencia , menos gasto e mais conforto para nos consumidores

Impactos que as maquinas modernas causaram na sociedade da época

Desvantagens:

Desemprego de trabalhadores
Maior gasto em manutenção de maquinas
Vantagens:
Maior produtividade
Menos gasto de tempo

Tipos de motores existentes quanto a sua construção.

Um motor é um dispositivo que converte outras formas de energia em energia mecânica, de forma a impelir movimento a uma máquina ou veículo. Em contraste, existem os chamados geradores.

Motores a explosão

Em fins do século XIX, desenvolveu-se a máquina térmica baseada na máquina a vapor, mas que utiliza como fonte de energia a gasolina. A gasolina, ao se misturar com ar, fica altamente explosiva. Reagindo com o oxigênio do ar, ela produz uma grande quantidade de gases cuja pressão é capaz de mover um êmbolo. Antes de entrar no cilindro, a gasolina é misturada com ar em um dispositivo chamado carburador. A mistura chega ao cilindro e o êmbolo desce (1º tempo: admissão). Em seguida, fecha-se a válvula, o êmbolo sobe e comprime a mistura (2º tempo: compressão). Nesse momento, uma vela produz uma faísca, provocando a explosão, e os gases gerados empurram o êmbolo para baixo (3º tempo: expansão). Quando o êmbolo chega ao ponto inferior, abre-se a válvula de escape, o êmbolo sobe e saem para o exterior os gases obtidos pela queima (4º tempo: expulsão).Motor elétrico Paralelo ao motor a explosão, o grande avanço na indústria deve-se ao motor elétrico. Que veio acelerar a mobilidade pois tem forma de tração mais simples e eficaz não necessitando de caixas de velocidades, e muito mais silencioso, tem índices de poluição quase zero e a produção de energia é simples e eficaz. Motor a ar comprimido Motor que obtém trabalho a partir da energia interna de um gás, ou seja, fazer o ar comprimido se expandir dentro do pistão, produzindo trabalho. Nesse fenomenal processo, o oxigênio é comprimido a uma pressão de 20 bar, então ocorre a inserção na câmara de compressão de ar comprimido proveniente de cilindros, gerando uma reação que move o pistão. É livre de poluição e combustível barato. Outra opção seria usar nitrogênio líquido, o que seria capaz de gerar uma expansão muito maior. Este motor, teria fins específicos.Motor de combustão externa

O Motor Stirling funciona usando a diferença de temperatura dos gases.Motor de combustão interna

Um motor de quatro tempos é um motor de combustão interna, uma máquina térmica que transforma energia térmica em energia mecânica.

A invenção dos motores a explosão marcam o maior avanço no setor de transportes. Existem muitos tipos de motor a explosão que utilizam combustíveis diversos, líquidos ou gasosos, operam sob diferentes ciclos termodinâmicos e possuem diferentes mecanismos de funcionameto.

História

A teoria fundamental do motor de dois tempos foi estabelecida por Nicolas Diogo Léonard Sadi Carnot (França, 1824), enquanto a patente pelo primeiro motor à combustão interna foi desenvolvida por Samuel Morey (Estados Unidos, 1826). Em 1867, Nicolaus Otto desenvolveu o primeiro motor atmosférico. Logo após, unindo esforços com Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, desenvolveram o primeiro motor quatro tempos. Em 1896, Karl Benz patenteara o primeiro motor boxer actualmente utilizado nos porsche e subaru, com cilindros opostos horizontalmente. O engenheiro alemão Rudolf Diesel patenteou um motor à combustão de elevada eficiência, demonstrando em 1900. Era um motor movido a óleo de amendoim, cuja tecnologia leva seu nome até hoje, o motor diesel. Os motores à combustão interna foram convencionados a serem utilizados em automóveis devido as suas ótimas características, como a flexibilidade para rodar em diversas velocidades, potência satisfatória para propulsão de diversos tipos de veículos, e poderia ter seus custos reduzidos para produção em massa. Na primeira metade do século XX, como forma de elevar a potência e a performance dos veículos, houve muitos aprimoramentos em relação ao desenho, número e disposição dos cilindros. Logo surgiram motores de 4 a 12 cilindros (ou até mais), sendo motores com cilindros em linha ou em V, de diferentes capacidades. Princípios de funcionamento Motores de combustão interna se baseiam em modelos termodinâmicos ideais, como ciclo de Otto ou ciclo Diesel, o que se refere a forma como ocorre cada fase de funcionamento do motor. Estas denominações não se referem ao combustível ou mecanismo do motor, mas, sim aos processos pelos quais passam os gases no interior do motor. Máquinas inspiradas no ciclo de Otto são chamadas motores de ignição por faísca, as inspiradas em ciclo Diesel são motores de ignição por compressão. Ambos os tipos podem ser construídos para operar em dois ou quatro tempos, o que significa que cada ciclo de funcionamento pode ocorrer em uma ou duas voltas do eixo de manivelas.

Funcionamento do motor radial.


Motor em linha: tem pistões dispostos lado a lado, de trajetórias paralelas. Desde motores de motos aos maiores motores de propulsão naval fazem deste tipo o mais comum.

Motor em V: se constitui de duas fileiras de pistões, dispostas em V, ligadas a um eixo de manivelas. Motores deste tipo são conhecidos pelo som característico que emitem e por equiparem automóveis esportivos. 

Motor boxer: utiliza duas fileiras de pistões horizontais e contrapostas, ficou popularmente conhecido por equipar o modelo Fusca da marca Volkswagen.

Motor radial: possui uma configuração onde os pistões estão dispostos em torno de uma única manivela do Cambota, foi muito utilizado para mover hélices de aviões.

 Motor Wankel: (motor rotativo) utiliza rotores de movimento rotativo em vez de pistões. 

Quasiturbine: também é um motor rotativo. É mais aperfeiçoado que o motor Wankel.

Os ciclos termodinamicos existêntes

Dize-se que um gás executa um quando ele é submetido a sucessões repetitivas de transformações termodinâmicas. Na prática, os ciclos termodinâmicos são usados para ciclo termodinâmico produzir trabalho (motores, turbinas), aquecimento ou refrigeração.

Observar que não é necessário que a mesma massa de gás execute cada ciclo. A característica básica é a repetição dos estados termodinâmicos. Exemplo: num equipamento de refrigeração (circuito fechado), a mesma massa de gás retorna para o início de cada ciclo, mas em um motor de combustão interna ela é renovada a cada ciclo.
Ciclo de Carnot Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática conforme Figura 01: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior.

Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro.
Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro:

• um disco fonte quente com temperatura T_Q.
• um disco fonte fria com temperatura T_F.
• um disco isolante térmico perfeito.

Inicialmente o gás tem um volume específico v₁, como em (1) da Figura 01. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente.

Ao atingir o volume específico v₂ de (2) da figura, retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante.

Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v₃, como em (3) da figura. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica.

Em (4) da figura o gás atinge o volume específico v₄, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v₁, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho.

Uma máquina que opera nessas condições usa Ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos.

Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.

Ciclo de Carnot - Diagrama e fórmulas

Com a descrição do tópico anterior, pode-se traçar o ciclo de Carnot em um diagrama pv conforme . Cada trecho do ciclo tem sua curva característica (isotérmica ou adiabática).

Analisam-se agora as relações entre calor, trabalho e outras variáveis para cada trecho do ciclo.

Entre 1 e 2 (isotérmico) o calor fornecido Q_Q é dado conforme igualdades #C.1# e #D.1# do tópico Transformação isotérmica:

#A.1#. Obs: T_Q = T₁ = T₂ (temperatura da fonte quente).

Entre 2 e 3 (adiabático), Q = 0, e o trabalho é dado pela igualdade #D.1# do tópicoTransformação adiabática:W₂₃ = c_v (T₂ − T₃) #B.1#.

Entre 3 e 4 (isotérmico) o calor cedido Q_F é dado de forma similar à da parte 12:

#C.1#

Obs: T_F = T₃ = T₄ (temperatura da fonte fria).

Entre 4 e 1 (adiabático) ocorre algo similar a 23:W₄₁ = c_v (T₄ − T₁) #D.1#.


Lembrando as igualdades de temperaturas T₁ = T₂ e T₃ = T₄, conclui-se queW₄₁ = − W₂₃ #D.2#.

Do tópico Transformação adiabática #C.1#, pode-se chegar a

E também a onde (relação entra calor específico com pressão constante e com volume constante)

Conclui-se então que

#E.1#

Dividindo #A.1# por #C.1#:



Considerando a relação #E.1#,

#F.1#

O trabalho realizado pelo ciclo é a soma de cada parte:W = W₁₂ + W₂₃ + W₃₄ + W₄₁.

Considerando as igualdades #A.1#, #C.1# e #D.2#, o trabalho é resumido por:W = Q_Q + Q_F #G.1#.

Notar que a soma acima é, na realidade, uma diferença, porque Q_F é calor cedido pelo ciclo e, portanto, é um número negativo.

A eficiência do ciclo é a relação entre o trabalho realizado e o calor fornecido, que pode ser dada em função das temperaturas com uso da relação #F.1#:

#H.1#

A igualdade revela que a eficiência de um ciclo de Carnot não depende da natureza do gás. Depende apenas das temperaturas das fontes fria e quente. É a máxima eficiência que uma máquina térmica poderia ter na operação entre essas duas temperaturas.

Principais cientistas envolvidos

Héron ou Hierão de Alexandria

Inventor, matemático, físico e escritor grego, possivelmente nascido em Alexandria, no Egito, que realizou excelentes trabalhos em Física, Mecânica e Geometria, sendo-lhe creditada por alguns autores, a fórmula que permite calcular a área de um triângulo conhecidos seus três lados, e citado como inventor da primeira máquina a vapor de que se tem notícia, além de dispositivos que moviam água, um deles conhecido como a fonte de Heron. Foi essencialmente um autor de muitos livros de física e matemática, especialmente na geometria, da antiga Grécia. São conhecidas 18 obras com sua assinatura, podendo ser também considerado um matemático em função da autoria da fórmula de Heron para cálculo da área de um triângulo, demonstrada em A Métrica, obra encontrada (1896). Foi um engenheiro, seguidor das idéias de Ctesibius, estudou a pressão do ar e o vapor, e também desenvolveu vários instrumentos por medir distâncias em linha reta e caminhos. 

 

Outra obra matemática importante de sua autoria foi Geométrica (75 d. C.), onde ele demonstrou sua limitada competência na trigonometria, mas apresentou uma fórmula para determinação da área de figuras geométricas regulares de 3 a 12 lados, círculos e seus segmentos, elipses e segmentos parabólicos, além de superfícies de cilindros, cones, esferas e segmentos de esferas. Sua preferência matemática, de forte influência babilônica, era pelos exemplos de mensuração. Trabalhou com um algoritmo para extração de raízes quadradas e cúbicas, já usado pelos babilônios a mais de 2000 anos antes dele, e desenvolveu fórmulas para o cálculo do volume de diversos sólidos, como cones, pirâmides, cilindros, paralelepípedos, prismas, troncos de cones e pirâmides, esferas e segmentos esféricos, anéis cilíndricos e alguns prismatóides. Escreveu sobre mecânica, onde são conhecidos 13 trabalhos, entre eles Máquinas de guerra e Mecânica, onde trata de diversas máquinas simples e do movimento circular. Em Pneumatica descreveu os princípios de funcionamento de sua máquina a vapor.

James Watt
   Inventor da moderna máquina a vapor, que possibilitou a revolução industrial, James Watt foi mundialmente reconhecido quando seu nome foi dado à unidade de potência de energia -- watt.James Watt nasceu em Greenock, Escócia, em 19 de janeiro de 1736. Aos 19 anos foi para Londres fazer aprendizado de mecânico especializado na construção de instrumentos, mas em menos de um ano regressou à Escócia, por motivos de saúde. Por não possuir o certificado de aprendiz, teve dificuldades em montar uma oficina em Glasgow. Em 1757, no entanto, conseguiu ser escolhido para fabricar e reparar instrumentos matemáticos da Universidade de Glasgow.   Em 1763 recebeu para consertar uma máquina a vapor do tipo Newcomen, a mais avançada de então. Observou que a perda de grandes quantidades de calor era o defeito mais grave da máquina, e idealizou então o condensador, seu primeiro grande invento, dispositivo que seria mantido separado do cilindro mas conectado a ele. No condensador a temperatura do vapor seria mantida baixa (cerca de 37o C), enquanto que no cilindro permaneceria elevada. Procurou, assim, alcançar o máximo de vácuo no condensador. Watt fechou o cilindro, que antes permanecia aberto, eliminou totalmente o ar e criou uma verdadeira máquina a vapor.

James Watt

Biofísica da Visão

Estrutura ocular

Òculos e as diversas lentes para a correção dos defeitos da visão

Lentes:

É um meio de cristal ou sintético, transparente e limitado por superfícies curvas. As lentes podem ser convergentes(positivas) ou divergentes(negativas). As lentes convergentes são mais espessas no centro do que nas bordas e o contrário ocorre nas lentes divergentes.


As lentes podem ser classificadas em função de seus mais variados aspectos e finalidades. Aqui vamos agrupá-las no que se refere a sua utilização em óculos, classificando-as quanto à natureza de suas superfícies, quanto ao número de focos e quanto às demais diferenciações de lentes oftálmicas.


Primeiramente as lentes oftálmicas podem ser divididas, quando ao modo de empregá-las, em três grupos: lentes de óculos, lentes de contato e lentes intra-oculares.


No que se refere ao número de distâncias focais que se pode constituir a lente, ou seja, quanto aos campos de visão de que ela pode se constituir, as lentes oftálmicas se dividem em: lentes simples ou monofocais e lentes compostas ou multifocais.


As lentes de visão simples são aquelas que se constituem e se destinam a um só campo de visão.


Embora as lentes simples possam ser consideradas como monofocais, neste grupo incluem-se também as lentes esférico-cilindricas. Quanto à natureza de suas superfícies as lentes podem ser divididas em Lentes esféricas e lentes esféricos-cilíndricas.


As lentes compostas, ou multifocais, são aquelas que se constituem de dois ou mais campos de visão, com distâncias focais diferentes, classificadas em bifocais, trifocais e progressivos.


As lentes multifocais são como que duas lentes ou mais lentes simples, unidas num só bloco, onde uma parte é empregada para visão de longe e outra para visão de perto. Por isso, se analisarmos isolamente cada seçào dessa lente, estaremos estudando-a como lentes simples.


Nas lentes multifocais a parte empregada para visão de perto é chamada de segmento, mesmo que se trate de trifocais, quando esse segmento se apresenta dividido em duas seções.


As lentes multifocais são tanto mais apuradas quanto mais aperfeiçoadas forem na diminuição do chamado salto de imagem e da aberração cromática.


O salto de imagem é provocado pela diferença de efeito prismático entre a parte empregada para visão de longe e o segmento, cujos centro ópticos normalmente se colocam afastados um do outro, provocando um deslocamento da posição da imagem entre a visão de longe e a visão de perto. Com a elaboração de tipos de segmentos nos quais se procra aproximar mais os centros ópticos, bem como a elaboração de lentes de focos progressivos, o problema do salto de imagem tem sido satisfatoriamente solucionado.


São lentes com dois campos de visão, sendo um para longe e outro para perto, separados por uma linha divisória visível. São usados por pessoas que possuem presbiopia (falta de visão para perto). Podem ser lentes esféricas ou asféricas.


São lentes com múltiplos campos de visão, isto é: para longe, para perto e também para meia distância, porém não apresentando nenhuma linha divisória, dando muito mais conforto ao usuário. Podem ser lentes esféricas ou asféricas.

Óculos Panorâmicos



Armações panorâmicas dão um estilo a mais e são forte tendência da atualidade, mas devem ser escolhidas com cautela, pois dependendo da ametropia e da dioptria do cliente, podem não surtir o resultado desejado.






As armações panorâmicas (ou curvadas) são aquelas do tipo que seguem o contorno do rosto. Hoje ganharam tamanho maior, para garantir que a moda seja totalmente compatível com o estilo “saudável de ser” da atualidade. Como exemplo, podemos citar os modelos que foram utilizados por Fernanda Montenegro e Carolina Ferraz na novela Belíssima ou os que a modelo Gisele Bünchen utiliza dentro e fora das passarelas.






O aumento do tamanho das armações não é apenas um mimo oriundo dos modismos que vão e vêm. A moda agora é a busca por uma vida mais saudável. A nova tendência promete permanecer por muito tempo – e há quem jure que veio para ficar. Ok, vamos confessar que não necessariamente é uma questão apenas de saúde ou prevenção de doenças. Nas entrelinhas, leia-se que essa tendência surgiu mais por questões estéticas do que por saúde propriamente dita.






Os óculos panorâmicos atuais funcionam realmente como máscaras, impedindo a passagem de luz solar e conseqüentemente protegendo as pálpebras dos nocivos raios Ultra-violeta, tanto pelo próprio tamanho da armação quanto pela proteção UV que existe na maioria das lentes de óculos de griffe. Resultado: prevenção de rugas e de doenças da pálpebra e dos olhos. Salve-salve idolatrada moda. O público feminino agradece – e adere – deliciosamente a esta moda.






Para quem não tem problemas de visão não há contra-indicações, pois as lentes são planas, restando ao usuário apenas prestar atenção na qualidade do produto comprado, escolher o modelo mais adequado para seu tipo de rosto e estilo e pronto: sucesso total. No entanto, para os óculos de receituário (ou de grau), a história muda bastante. Dependendo do problema do usuário e do tipo de armação escolhida, os resultados podem ser desastrosos tanto esteticamente quanto para o próprio conforto visual.






Curvatura

 

Curvatura

Lentes positivas



Quanto maior a dioptria do usuário, mais altas são as bases. Numa primeira análise, pode parecer que não existem grandes preocupações, já que a curvatura da lente acompanha o contorno da armação. No entanto, existem dois pontos que devem ser analisados.






Se o usuário tiver um alto grau positivo, as lentes terão espessura nasal grossa. Além de esteticamente não atenderem às expectativas do cliente, podem causar desconforto pelo peso das lentes. E como a tendência atual pede óculos panorâmicos


Lentes negativas



Quanto maior a dioptria, mais baixas serão as bases externas. Dependendo do grau do usuário, é necessário confeccionar lentes com curvaturas fora de padrão para garantir uma montagem segura ou então abrir as hastes da armação.






Em qualquer uma das opções escolhidas, o usuário corre sério risco de ficar insatisfeito com o serviço: primeiro pode perder qualidade visual, segundo pode ficar insatisfeito com o resultado estético em função do ajuste da armação não corresponder àquele que foi visto na loja, já que os óculos perdem sua curvatura original, chegando às vezes a ficarem deformados.







As lentes oftálmicas podem ser classificadas



Por seu material de fabricação


Inorgânica (mineral) - vidro


Orgânica - resina plástica






Por seu valor dióptrico






Lentes convergentes ou positivas (+)


Lentes divergentes ou negativas (-)


Por seu foco






Lentes monofocais - um só campo de visão


Lentes bifocais - dois campos de visão


Lentes trifocais - três campos de visão


Lentes multifocais ou progressivas - vários campos de visão


As lentes podem ser ainda: esféricas / asféricas (miopia e hipermetropia) e cilíndricas (astigmatismo).






A armação de óculos, que pode ser de acetato ou metal, tem a função de sustentar e posicionar as lentes oftálmicas diante dos olhos da maneira mais confortável possível. Para que se consiga isso, é necessário que cada parte dos óculos cumpra sua função individual. Quais são as partes dos óculos e quais suas funções?

Òculos

Basicamente, os óculos podem ser divididos em:






Aro


onde as lentes oftálmicas são encaixadas depois de devidamente cortadas e lapidadas






Ponte


parte que une os dois aros e, nas armações de acetato, serve também para apoiar os óculos sobre o nariz






Plaquetas


normalmente são encontradas nas armações de metal e têm a função de apoiar a armação sobre o nariz.As armações que possuem plaquetas permitem um melhor ajuste e posicionamento dos óculos






Hastes


servem para apoiar e prender os óculos nas orelhas






Charneiras


unem os aros às hastes






Ponteiras


extremidades das hastes que servem para apoiar e prender a armação nas orelhas. Nas armações de metal as ponteiras, normalmente, são revestidas de plástico.






O que deve ser ajustado nos óculos e quando?


O ideal é que os óculos sejam pré-ajustados, na óptica e pelo óptico, assim que a armação for escolhida e antes que sejam encaminhados ao laboratório para a montagem das lentes. Depois de prontos, devem ser feitos os ajustes finais. Toda lente oftálmica possui uma curva base para que à distância vértice seja aproximadamente a mesma em qualquer direção que o olho vire. Os ajustes dos óculos devem ser feitos em função disto.




Então, os óculos precisam ter os seguintes ajustes:


1) A curvatura da armação deve seguir a curvatura facial no sentido horizontal




2) Na vertical a armação deve ter uma inclinação de aproximadamente 12 graus, chamada Inclinação Pantoscópica, ou seja, as bordas inferiores da armação ficam mais próximas do rosto do que as superiores




3) Quando a armação possuir plaquetas, estas devem ser ajustadas de modo que fiquem totalmente apoiadas sobre o septo nasal, levando em conta a altura da armação em relação ao centro da pupila




4) As hastes, devem ter uma abertura perfeita de maneira que não apertem as frontes e nem fiquem largas, causando a sensação de que os óculos estão largos




5) Finalmente, as ponteira devem ser ajustadas acompanhando a curva atrás das orelhas, com uma curva de +/- 45o, de maneira que a armação fique presa ao rosto, sem fazer pressão, para que os óculos não escorreguem sobre o nariz, aumentando a distância vértice e tirando o centro óptico das lentes do centro da pupila.




Para os óculos multifocais, os pré-ajustes devem ser bem rigorosos.




Quais são as etapas que os óculos passam até chegar prontos às mãos dos pacientes?




1) Escolha e ajuste da armação



2) Escolha da lente em função da ametropia e o estilo de vida do paciente. Conforme o caso, as lentes não são encontradas prontas e é preciso que se fabrique essas lentes pelo processo de surfaçagem


3) Tirada de medidas: DNP e altura da pupila em relação à armação esta última somente nos multifocais


4) No laboratório, as lentes são cortadas e lapidadas de acordo com a armação. Esta operação pode ser feita manualmente ou nas facetadoras automáticas; depois de lapidadas as lentes são montadas nas armações;
5) Conferência das medidas


6) Ajuste final.


Quais são os cuidados que se deve ter com os óculos?


1) Os óculos precisam estar sempre ajustados para que cumpram sua principal função, que é de corrigir os vícios de refração proporcionando uma melhor visão; por isso, o usuário de óculos deve, de tempos em tempos, ir até a ótica para fazer o reajuste


2) Os óculos devem estar sempre limpos; recomenda-se que sejam sempre lavados


3) Os óculos, quando não estão sendo usados, devem ser guardados em seus estojos


4) Os óculos nunca devem ser apoiados com as lentes para baixo para que estas não sofram abrasão e fiquem riscadas.






LENTES


As lentes dos óculos das crianças devem ser leves, resistentes ao impacto, finas, sem distorções ou aberrações e que projetam conta os raios ultravioletas A e B. Por isso, as mais indicadas são as lentes de policarbonato. As lentes CR-39 de resina rígida chegam a ser resistente ao impacto, são mais baratas que as de policarbonato, mas riscam com facilidade.






Recomenda-se, cada vez mais, o uso de lentes com proteção UVA e UVB, quando da exposição prolongada ao sol. Hoje, sabe-se que 80% da exposição aos raios ultravioleta A e B ocorre até os 18 anos de idade, portanto é fundamental proteger os olhos das crianças.


Para a criança que não usa correção óptica, o melhor é usar lentes escuras com proteção UVA e UVB, que além de protegerem dos raios do sol, também diminuem a fotofobia.




É importante saber que as lentes dos óculos infantis devem ser trocadas quando muito arranhadas, pois a criança não conseguirá enxergar corretamente.