# Turbina a vapor

> O vapor que move os geradores

- Data: 1884
- Época: Era elétrica
- Domínio: [Energia e motores](https://lastcodex.org/pt/domains/energy/)
- Etapa: V (Era elétrica)
- Dificuldade: 5/5
- URL: https://lastcodex.org/pt/inventions/steam-turbine/

Numa turbina a vapor, o vapor expande-se através de filas de pás fixas e móveis: a sua pressão transforma-se em velocidade, e essa velocidade faz girar um veio. Charles Parsons acoplou uma a um dínamo em 1884; as suas sucessoras acionam hoje os geradores que produzem a maior parte da eletricidade do mundo.

![Turbina a vapor · O vapor que move os geradores](https://lastcodex.org/_astro/plate.ZJQrQDpV_Z2sCYQX.webp)

## Legenda

1. Entrada de vapor e válvula de corte
2. Pás fixas da carcaça
3. Pás móveis do rotor
4. Veio do rotor
5. Escape para o condensador
6. Dínamo

## O que é

Uma turbina a vapor é uma roda movida a vapor, sem êmbolo nem manivela. O vapor atravessa filas de pás dispostas em volta de um veio e sai da máquina a uma pressão muito mais baixa; a energia que cede pelo caminho faz girar o veio. O movimento é regular e rápido, o que convém a um gerador elétrico.

As centrais a carvão e as nucleares fervem água para as acionar. As centrais a gás de ciclo combinado produzem vapor com o escape quente de uma turbina a gás, e as centrais solares térmicas e a maior parte das geotérmicas fazem o mesmo com o calor do sol ou do subsolo. Todas juntas fazem da turbina a vapor a fonte da maior parte da eletricidade do mundo.

## Como funciona

O vapor entrega a sua energia ao expandir-se. Num bocal, uma passagem que se estreita, a pressão desce e o vapor acelera. No ponto mais estreito, a garganta, pode atingir a velocidade do som; para ir mais depressa precisa de uma passagem que alargue depois da garganta, a forma de trompete dos bocais de De Laval. Em cada andar, uma coroa de pás fixas na carcaça funciona como um conjunto de bocais e lança o vapor sobre uma coroa de pás móveis, curvas, montadas no rotor: desviam o jato, e essa mudança de direção empurra-as.

![Um disco de aço com uma coroa de pequenas pás curvas na periferia, para as quais apontam bocais de latão](https://lastcodex.org/_astro/v1.C0oCQi76_139vWW.webp)
_A roda de ação de De Laval: bocais que se alargam enviam os jatos através de uma única coroa de pás._

Num andar de ação, quase toda a queda de pressão acontece nos bocais fixos, e as pás móveis limitam-se a receber o jato. Num andar de reação, o tipo escolhido por Parsons, também os canais entre as pás móveis se estreitam: o vapor continua a expandir-se ao atravessá-los e empurra-os para trás ao sair. Num andar Parsons, a expansão divide-se mais ou menos a meias entre a fila fixa e a móvel.

Se uma grande queda de pressão sair por um único bocal, o jato atinge mais de 1000 metros por segundo, e as pás rendem mais a cerca de metade dessa velocidade. Uma roda única teria de girar perigosamente depressa e precisaria de engrenagens redutoras. Parsons dividiu a queda em muitos degraus pequenos, para que o veio rodasse a um ritmo aproveitável por um dínamo.

À medida que a pressão desce, o vapor ocupa mais espaço, por isso as pás alongam-se em direção ao escape: na última fila das turbinas construídas para Hinkley Point C, em Inglaterra, medem 1,9 metros.

O vapor libertado ao ar livre deixa de se expandir à pressão atmosférica. Um condensador, uma câmara cheia de tubos arrefecidos com água de rio, de mar ou de torre de arrefecimento, devolve ao estado líquido o vapor de escape e mantém um vácuo quase completo à saída da turbina, de modo que o vapor continua a expandir-se e a trabalhar dentro dela antes de condensar. As primeiras turbinas de condensação de Parsons, em Cambridge em 1892, igualaram as melhores máquinas de êmbolo da mesma potência.

Este circuito é o ciclo de Rankine: uma bomba força a água para a caldeira, que a transforma em vapor; o vapor expande-se na turbina e o condensador devolve-o ao estado líquido para a bomba. Bombear um líquido custa pouco comparado com o que o vapor fornece, e por isso o ciclo deixa trabalho útil. A bomba descende da bomba de êmbolo, a caldeira e o condensador da máquina a vapor; um frigorífico percorre um circuito semelhante em sentido inverso.

Numa rede de 50 hertz, um gerador de dois polos montado no veio gira a 3000 rotações por minuto, e a 3600 numa rede de 60 hertz. Os transformadores elevam depois a tensão para as linhas.

## Como construir

Uma turbina de central é alimentada por uma caldeira, que é um equipamento sob pressão: não construa nenhuma. Este modelo funciona a ar. É preciso uma forma de tarte descartável em alumínio, duas rolhas de cortiça, uma agulha de tricô, palhinhas, uma caixa de cartão, cola e um secador de cabelo em ar frio ou uma bomba de bicicleta.

**Cortar uma roda de pás.** Recortar um disco de 10 cm. Fazer 12 a 16 cortes a partir da borda, parando a 2 cm do centro, e torcer todas as pás no mesmo sentido cerca de 30 graus.

**Montá-la.** Colar a roda a uma rolha enfiada na agulha, que gira dentro de dois pedaços de palhinha fixados de um lado ao outro da caixa.

**Comparar um tubo e um bocal.** Com a mesma bomba, à mesma distância e com o mesmo ângulo, soprar sobre as pás por um tubo largo e depois por uma palhinha encurtada segura na diagonal, e observar qual faz a roda girar mais depressa.

**Juntar um andar.** Colar uma segunda roda, com as pás torcidas no mesmo sentido, a uma segunda rolha na mesma agulha, 3 cm atrás da primeira. Entre as duas, fixar à caixa um anel de cartão com as pás torcidas no sentido contrário e um furo central largo o bastante para não tocar na agulha nem nas rodas. Soprar ao longo da agulha através da roda da frente, depois retirar o anel e comparar: as pás fixas deveriam devolver à segunda roda o ar que sai da primeira.

**Medir a tensão.** Acoplar à agulha, com um pedaço de tubo, um pequeno motor de corrente contínua de modelismo e ligar aos seus terminais um multímetro na escala de volts em contínua. Se a roda conseguir fazer girar o motor, a leitura sobe com a velocidade.

Não experimente o modelo com vapor. Ao ferver, a água dá mais de mil vezes o seu volume em vapor, e um recipiente aquecido fechado ou obstruído acumula pressão até rebentar. As caldeiras verdadeiras seguem projetos certificados, têm válvulas de segurança e são inspecionadas regularmente por uma pessoa competente; uma caldeira caseira não oferece nenhuma destas garantias.

> **Segurança.** O vapor queima numa fração de segundo, mesmo no bico de uma chaleira, onde é invisível: manter mãos e caras afastadas. Nunca fechar, tapar nem obstruir um recipiente aquecido. Uma roda de alumínio a girar tem arestas cortantes e pode projetar uma pá: usar óculos e prender o cabelo. Usar apenas um pequeno motor de modelismo e um multímetro, nunca a rede elétrica, e manter o secador longe da água.

## História e evolução

![Uma esfera de bronze a girar entre dois tubos sobre um caldeirão ao lume, com vapor a sair de dois bicos dobrados](https://lastcodex.org/_astro/v2.OcdMal0-_Z1748Qo.webp)
_A eolípila de Héron: dois jatos de vapor fazem girar a esfera nos seus pivôs._

No século I da nossa era, Héron de Alexandria descreveu a eolípila, uma bola oca posta a girar pelo vapor que saía de bicos dobrados: o primeiro aparelho conhecido a transformar vapor em rotação. Em 1629, Giovanni Branca publicou o desenho de uma máquina em que um jato de vapor sopra sobre uma roda de pás; provavelmente nunca foi construída. Na Suécia, Gustaf de Laval patenteou em 1883 uma pequena roda de reação para as suas desnatadeiras e, em 1889, uma turbina de ação de um só andar com redutor.

Em 1884, Charles Parsons, sócio da Clarke, Chapman em Gateshead, acoplou diretamente a um dínamo uma turbina de muitos andares de reação. Dava 7,5 quilowatts a 18 000 rotações por minuto, e em 1888 cerca de 200 grupos semelhantes iluminavam navios. Em 1890, a central de Forth Banks, em Newcastle, foi a primeira a usar turbinas.

![Uma lancha longa, estreita e escura, com uma única chaminé alta, a levantar uma onda branca à proa](https://lastcodex.org/_astro/v3.A_wkMqVY_Z2x2V7K.webp)
_A Turbinia a toda a velocidade: três turbinas em três veios moviam nove hélices._

Para mostrar o que a turbina valia num navio, Parsons construiu a Turbinia, uma lancha de 31 metros que atingiu 34,5 nós. A 26 de junho de 1897, fê-la passar sem convite diante das filas de navios de guerra da revista naval de Spithead. Em 1905, uma comissão do Almirantado recomendou turbinas para todas as classes de navios de guerra.

Nos Estados Unidos, Charles Curtis vendeu os seus direitos à General Electric em 1896. O seu grupo de 5000 quilowatts de 1903, então o mais potente do mundo, media 7,6 metros de altura, contra 18 de uma máquina de êmbolo de potência semelhante. Os grupos chegaram a 660 megawatts em Drax nos anos 1970, e cada uma das duas turbinas construídas para Hinkley Point C tem uma potência nominal de 1770 megawatts.

## Números-chave

- Primeiro turbodínamo de Parsons: 1884: 7,5 kW a 18 000 rpm
- Primeiras turbinas de condensação: Cambridge, 1892: três grupos de 100 kW a 4800 rpm
- Turbinia: 34,5 nós; apresentada em Spithead a 26 de junho de 1897
- Velocidade de uma turbina de rede: 3000 rpm nas redes de 50 Hz, 3600 nas de 60 Hz; metade nos grandes grupos nucleares
- Parte da eletricidade dos Estados Unidos, 2022: Cerca de 53 %: 42,5 % de centrais a vapor e 10,7 % da parte a vapor dos ciclos combinados

## Requer

- [Máquina a vapor](https://lastcodex.org/pt/inventions/steam-engine/): O calor transformado em movimento (1712)
- [Aço](https://lastcodex.org/pt/inventions/steel/): Ferro com a dose certa de carbono (c. 1.000 a.C.)
- [Gerador elétrico](https://lastcodex.org/pt/inventions/generator/): O movimento transformado em corrente (1831)

## Fontes

- [Parsons' steam turbine generator, 1884](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co51109), Science Museum Group
- [Charles Algernon Parsons 1854–1931](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/people/ap26725/parsons-charles-algernon), Science Museum Group
- [100 K.W. Parsons' Radial Flow Steam Turbine alternator with Generator, partly sectioned](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8625819/100-k-w-parsons-radial-flow-steam-turbine-alternator-with-generator-partly-sectioned), Science Museum Group
- [Forward thinkers: Sir Charles Parsons, inventor of the steam turbine](https://www.imeche.org/news/news-article/forward-thinkers-sir-charles-parsons-inventor-of-the-steam-turbine), Institution of Mechanical Engineers
- [Turbinia (1894)](https://www.tynebuiltships.co.uk/T-Ships/turbinia1894.html), Tyne Built Ships
- [Curtis 5000-kW Vertical Turbine (ASME Landmark)](https://ethw.org/ASME-Landmark:Curtis_5000-kW_Vertical_Turbine), Engineering and Technology History Wiki, ASME
- [Charles Gordon Curtis](https://www.asme.org/topics-resources/content/charles-gordon-curtis), ASME
- [Carl Gustaf Patrik De Laval](https://www.gracesguide.co.uk/Carl_Gustaf_Patrik_De_Laval), Grace's Guide to British Industrial History
- [C. A. Parsons and Co: Electricity Generation and Transmission](https://www.gracesguide.co.uk/C._A._Parsons_and_Co:_Electricity_Generation_and_Transmission), Grace's Guide to British Industrial History
- [Heron of Alexandria](https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Heron/), MacTutor, University of St Andrews
- [Giovanni Branca](https://www.ebsco.com/research-starters/literature-and-writing/giovanni-branca), EBSCO Research Starters
- [Fluid Machinery, Lecture 24: steam turbines](https://archive.nptel.ac.in/content/storage2/courses/112104117/chapter_6/6_9.html), NPTEL, Indian Institutes of Technology
- [Nozzle Design](https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/nozzle-design/), NASA Glenn Research Center
- [The Rankine cycle](https://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node65.html), MIT, Unified Engineering thermodynamics notes
- [How electricity is generated](https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/how-electricity-is-generated.php), U.S. Energy Information Administration
- [Arabelle goes to new lengths](https://www.neimagazine.com/analysis/arabelle-goes-to-new-lengths/), Nuclear Engineering International
- [Introduction to pressure equipment](https://www.hse.gov.uk/pressure-systems/about.htm), Health and Safety Executive
- [Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam (IAPWS-IF97)](https://www.iapws.org/relif/IF97-Rev.html), International Association for the Properties of Water and Steam
- [TRANSFORM.Fluid.Machines.SteamTurbine: Stodola ellipse law and Baumann wetness correction (after D. H. Cooke, J. Eng. Gas Turbines Power 107, 1985)](https://build.openmodelica.org/Documentation/TRANSFORM.Fluid.Machines.SteamTurbine.html), OpenModelica, Oak Ridge National Laboratory TRANSFORM library

Factos verificados em 2026-10-14.

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The Last Codex · https://lastcodex.org/pt/inventions/steam-turbine/ · © The Last Codex. Textos, pranchas e figuras: CC BY-NC-ND 4.0.