As máquinas a vapor usam o calor da queima de combustíveis em uma fornalha, para aquecer a água e produzir vapor sob pressão em uma caldeira, que, ao se expandir, pressiona um pistão, produz um trabalho mecânico. Elas foram utilizadas em bombas hidráulicas, locomotivas, navios e geradores, participando da Revolução Industrial, e continuam em uso, na geração de energia elétrica, utilizando como combustível o carvão de pedra, a lenha, o petróleo e a fissão atômica.

Quem primeiro inventou uma máquina deste tipo foi Heron de Alexandria, por volta do ano 100 DC, usada como brinquedo. Denis Papin, um físico francês, construiu outro modelo de máquina a vapor, observando uma panela de pressão, em 1679, embora as primeiras máquinas industriais sejam invenções de Thomas Savery (1698), Thomas Newcomen (1712) e James Watt (1769), cada um aperfeiçoando o mecanismo do seu antecessor.

As primeiras máquinas trabalhavam com o vácuo produzido pela condensação do vapor ou pela expansão dele. Elas foram de vários tipos, mas predominaram as de pistão, as de movimento alternado e as de turbina de movimento rotatório.

Nicolas Joseph  Cugnot apresentou  o primeiro veículo autopropulsionado ou automóvel, em 1769, um vagão a vapor. As máquinas a vapor continuaram a competir com outros sistemas até as duas primeiras décadas do século XX, quando foram substituídas pelas máquinas de combustão interna.

A 21 de fevereiro de 1804, na siderúrgica Pen y Darren, em Gales,  foi demonstrada a primeira locomotiva a vapor para estrada de ferro, construída por Richard Trevitick.

A conversão de energia em trabalho, em máquinas expelindo calor para a atmosfera, tinha uma eficiência de 5%, mas com a adição de um condensador subia para 25% ou a mais, e com uma estação reinjetora de vapor  chegou a 30%.

A máquina a vapor de Watt foi o próximo passo para o aperfeiçoamento, após a de Newcomen. Ele conseguiu preparar um vaso em separado, para condensar o vapor, que foi conectado ao cilindro através de válvulas, abrindo ou fechando por ação do vapor. Essas válvulas foram depois automatizadas por Potter. A mais antiga máquina de Watt ainda trabalhando é a máquina Smethwick, do Museu da Ciência e Indústria de Birmingham.

 

james watt
James Watt (1736-1819), nascido, em Greenock, no Clyde, e que viveu em Birmingham, foi o modernizador das máquinas a vapor, tendo patenteado a invenção de  uma câmara de  condensação, em 1769. Em 1774, fabricava máquinas em Soho, Birmingham, com Matthew Boulton. Mais tarde, em 1781, transformou as máquinas de movimento alternado, em rotatórias  e, em seguida, criou o motor de dupla ação. Em 1784, patenteou a sua primeira locomotiva a vapor.  Embora tenham existido muitos pioneiros, James Watt é reconhecido como o inventor que fabricou a melhor máquina à vapor.

 

JAMES WATT

Em 1780, nos Estados Unidos, Fitch também fabricou navios com máquinas a vapor e movimentados por roda de pás, e, em 1790, cidadãos de Filadélfia viajaram em um de seus barcos, por 20 milhas, pelo rio Delaware. Dois anos depois, Elisha Osmobee, de Rhode Island, colocou uma máquina no barco Experiment e percorreu o rio Providence.

Os dois falharam no desenvolvimento de uma forma comercial, para as suas embarcações, o que foi conseguido por Robert Fulton, com o seu primeiro barco operando, no rio Sena, na França, em 1803, e depois o Clermont, o primeiro navio comercial a vapor a atuar na baía de Hudson., entre Nova Iorque e Albany, em viagens de 150 milhas.

 

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O NAVIO CLERMONT

Em 1808, o coronel John Cox Steven construiu  o navio a vapor  Phoenix, movimentado por pás, que viajou pelo mar aberto. Desde então a navegação cresceu rapidamente nos Estados Unidos, onde, em 1834, existiam 234 navios a vapor, navegando pelos rios Mississipe e Ohio, com mais de 900 entradas, no porto de Nova Orleães.

Symington, na Escócia, produziu, em 1891, uma nova máquina patenteada, colocada no navio Charlotte Dundas, o primeiro navio a vapor com roda traseira e motor de dupla ação, que teve um sucesso inicial, mas depois parou, quando inventaram que a esteira de sua roda  destruía os bancos dos canais, por onde passasse.

O sistema de pás exigia muito esforço das máquinas, reduzindo a velocidade, por este motivo procurava-se uma alternativa.

 

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A seguir  apresentamos alguns dos mais belos navios de pás marítimos então construídos: 

O ATLANTIC – 1850

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O GLEN SANNOX
NAVIOS DE PÁS LATERAIS

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O IVANHOÉ

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O LOTI E O COLUMBA

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CLACTON BELLE

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NAVIO DE SEIS RODAS LATERAIS
1847

 

O ADVENTO DO HÉLICE

As rodas com pás começaram a entrar em desuso após o lançamento do Archimedes, em maio de 1839, substituídas por um novo equipamento: o propulsor em hélice. Esse navio, em abril do mesmo ano, estabeleceria um novo recorde de velocidade, vencendo vários outros de qualidade superior e de maior força, mas de rodas, na travessia entre Dover e Calais. Por isso, em quatro anos de uso, o hélice acabou por superar a roda de pás.

Os hélices modernos utilizavam o princípio do parafuso de Arquimedes, que conforme a direção do seu movimento rotatório puxa ou expulsa a água, daí a sua utilização, para a propulsão e retropropulsão de barcos, a partir do século XIX.

Diodoro Sículus, no primeiro século antes de Cristo, anotou que, na irrigação das várzeas do Nilo, se usava esse parafuso, uma das muitas invenções de Arquimedes de Siracusa (287-212 AC), o mesmo ocorrendo nas minas espanholas, das quais a água era retirada com a ajuda do parafuso egípcio. Esta máquina tornou-se com o tempo uma novidade muito especial, capaz de bombear grandes  quantidades de água, drenar porões de navios e impulsionar barcos e aviões, pois o seu movimento rotatório produzia duas forças principais, uma impulsionando objetos para adiante ou para trás,  e outra suspendendo-os.

Em 1660, Toogood e Hays adotaram o parafuso de Arquimedes como propulsor de navios, mas somente no século XIX, foi que o seu uso se disseminou, com o barco a vapor. Seguiram-se os projetos de Quet (1729) e Bushnell (1776), com o submarino de madeira La Tortue, movimentado manualmente por dois parafusos de Arquimedes. Fitch testou parafusos semi-submersos, em 1796, em uma embarcação a vapor de 5,5m. Mais tarde, em 1800, Fulton e John Stevens, em 1804 e 1805, fizeram experiências com uma e duas hélices, mas suas idéias não foram totalmente aceitas, na América.

O desenvolvimento do moderno propulsor deve-se a Smith e Eriksson, que obtiveram uma patente para propulsores em parafuso. A de Eriksson mostrava uma roda de lâminas com movimento giratório, podendo ser única ou dupla. Logo apareceram muitas variações alterando o número de circunvoluções ou o diâmetro das   palhetas, até Francis Petit Smith descobrir acidentalmente as vantagens de  reduzir o parafuso de Arquimedes. O propulsor de madeira que ele usava  tinha palheta dupla, e em um acidente o seu barco ganhou velocidade, após a metade das palhetas terem quebrado. Smith  aumentou o número de palhetas e diminuiu o seu comprimento, mas, apesar desse sucesso, os propulsores a hélice levaram muito tempo para substituir as rodas de pás.

Ele também fez  experiências usando o navio Archimedes, com um motor de 80 hp, um parafuso e depois hélices. O resultado foi brilhante e os hélices foram aplicados em grandes navios, como o Great Britain, em 1842, de 3618 tons e 16 nós. Depois foram testados no navio Napoléon,  de 364 tons, um trabalho do francês Normand, associado ao ingles Barnes.

A última etapa para um hélice propulsor moderno foi obra de George Rennie, com a forma cônica patenteada, em 1840.

Porém muitos problemas permaneciam insolúveis. Os navios de madeira sofriam com as vibrações e os de ferro necessitavam de maior resistência. Com o eixo e as máquinas abaixo da linha d’água, havia o risco do rompimento do casco. Foram então desenvolvidos mecanismos e melhoradas as ligas metálicas, podendo os navios de ferro usar máquinas potentes, com os hélices substituindo definitivamente as rodas de pás.

Em 1879, Sharp, de Filadélfia, patenteou um propulsor para navios em águas rasas e Charles Parsons descobriu casualmente o fenômeno da cavitação, quando o seu navio Turbínia não conseguiu alcançar os esperados 30 nós de velocidade. Ao fazer três propulsores  para cada eixo o problema desapareceu.

Os hélices instalados por volta de 1860 não eram perfeitos, mas excediam a qualquer outro tipo de propulsão até então  inventada, por isso as rodas de pá tornaram-se obsoletas. Para que isto acontecesse o governo ingles realizou uma competição em que concorreram dois navios gêmeos: o Rattler, equipado com hélice, e o Prometheus, com roda de pás, sendo o resultado favorável ao primeiro, apesar dos técnicos e desenhistas apostarem na roda, pois pensavam que a propulsão fosse um simples ato de remar, por este motivo não entenderam de imediato que o hélice formava uma esteira semelhante a um cone invertido, que impulsionava os barcos na direção do seu eixo, para frente ou para ré, além de suspendê-lo.

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O NAVIO À HÉLICE CLAYMORE – 1881

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Antonio Loureiro
Historiador amazonense. Membro das academias Amazonense de Medicina e Amazonense de Letras. Ex-presidente do Instituto Geográfico e Histórico do Amazonas.

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