Movimento paralelo - Parallel motion

Animação do movimento paralelo de Watt

O movimento paralelo é uma ligação mecânica inventada pelo engenheiro escocês James Watt em 1784 para a máquina a vapor Watt de dupla ação . Ele permite que uma haste se mova praticamente em linha reta para cima e para baixo para transmitir o movimento a um feixe que se move em arco, sem colocar uma tensão lateral significativa na haste.

Descrição

O movimento paralelo de Watt em um motor de bombeamento

Em motores anteriores construídos por Newcomen e Watt, o pistão puxava uma extremidade da trave móvel para baixo durante o curso de força usando uma corrente , e o peso da bomba puxava a outra extremidade da trave para baixo durante o curso de recuperação usando uma segunda corrente, as forças alternadas que produzem o movimento de balanço da viga. No novo motor de ação dupla de Watt, o pistão produzia potência nos movimentos para cima e para baixo, de modo que uma corrente não podia ser usada para transmitir a força ao feixe. Watt projetou o movimento paralelo para transmitir força em ambas as direções, mantendo a haste do pistão muito próxima da vertical. Ele chamou isso de "movimento paralelo" porque tanto o pistão quanto a haste da bomba eram obrigados a se mover verticalmente, paralelamente um ao outro.

Diagrama desenhado à mão na carta de James Watt para seu filho.

Em uma carta para seu filho em 1808 descrevendo como ele chegou ao projeto, James Watt escreveu "Estou mais orgulhoso do movimento paralelo do que de qualquer outra invenção que já fiz." O esboço que ele incluiu na verdade mostra o que agora é conhecido como ligação de Watt, que era uma ligação descrita na patente de Watt de 1784, mas foi imediatamente substituída pelo movimento paralelo.

O movimento paralelo diferia da articulação de Watt por ter uma articulação de pantógrafo adicional incorporada ao projeto. Isso não afetou o princípio fundamental, mas permitiu que a casa das máquinas fosse menor porque a articulação era mais compacta.

O pistão do motor Newcomen foi impulsionado para baixo pela pressão atmosférica e aumentado por vapor vivo. O dispositivo de Watt permitiu que o vapor ao vivo fosse usado para trabalho direto em ambos os lados do pistão, quase dobrando a potência e também entregando a potência de maneira mais uniforme durante o ciclo, uma vantagem ao converter o movimento alternativo em movimento rotativo (seja por meio de uma manivela ou através de um sistema de engrenagens do Sol e do planeta ).

Princípio da Operação

Esquema do movimento paralelo de Watt : A e G são juntas de dobradiça fixas, enquanto F não é uma junta, mas apenas significa o ponto na ligação que segue uma lemniscata . Seu movimento é ampliado em D pelo paralelogramo BCDE .

Veja o diagrama à direita. Uma é o jornal (rumo) da viga curta KAC , que rochas cima e para baixo sobre uma . H é o pistão, que deve se mover verticalmente, mas não horizontalmente. O coração do projeto é a articulação de quatro barras que consiste em AB , BE e EG e a articulação de base é AG , ambas as articulações na estrutura do motor. Enquanto a viga balança, o ponto F (que é desenhado para auxiliar esta explicação, mas não é um ponto marcado na própria máquina) descreve uma figura de oito alongada (mais precisamente, uma lemniscata de Bernoulli ) no ar. Uma vez que o movimento da viga móvel é restrito a um pequeno ângulo, F descreve apenas uma seção curta da figura em oito, que é bem próxima de uma linha reta vertical. A figura em oito é simétrica, desde que os braços AB e EG sejam iguais em comprimento, e mais retos quando a proporção de BF para FE corresponde à de AB para EG . Se o comprimento do curso (isto é, o percurso máximo de F ) é S , em seguida, a secção recta é mais longa quando BE é de cerca de 2/3 S e AB é de 1,5 S .

Teria sido possível conectar F diretamente à haste do pistão (o desenho da "articulação de Watt"), mas isso teria tornado a máquina uma forma estranha, com G muito longe da extremidade da viga móvel. Para evitar isso, Watt adicionou a ligação de paralelogramo BCDE para formar um pantógrafo . Isso garante que F sempre encontra-se em uma linha reta entre A e D , e, portanto, que o movimento de D é uma versão ampliada do movimento de F . D é, portanto, o ponto ao qual a haste do pistão DH está fixada. A adição do pantógrafo também tornou o mecanismo mais curto e, portanto, o prédio que contém o motor pode ser menor.

Como já observado, o caminho de F não é uma linha reta perfeita, mas apenas uma aproximação. O projeto de Watt produziu um desvio de cerca de uma parte em 4000 de uma linha reta. Mais tarde, no século 19, as ligações perfeitas em linha reta foram inventadas, começando com a ligação Peaucellier-Lipkin de 1864.

Veja também

• Ligação de Watt
• Ligação Peaucellier-Lipkin
• Articulação Sarrus - um movimento paralelo exato em três dimensões

Referências

Em geral

• Artigo Linkages na Encyclopædia Britannica, 1958.
• Artigo do Parallel Motion na Encyclopædia Britannica, 1911.
• Robert Stuart, A Descriptive History of the Steam Engine , Londres, J. Knight e H. Lacey, 1824.

Leitura adicional

• Quão redondo é seu círculo? (Bryant e Sangwin, 2008) contém um capítulo sobre o mecanismo de movimento paralelo de James Watt