quarta-feira, 15 de Junho de 2011

James Watt e a máquina a vapor

Não é possível falar da máquina a vapor sem  mencionar James Watt. Embora não tenha sido o inventor da máquina a vapor, pertencendo esta honra a Thomas Newcomen (a quem raramente é atribuído este crédito), foi Watt quem produziu os avanços que seriam cruciais a esta nova tecnologia.

A história da máquina a vapor estende-se desde o século I a.C. pois foi descrito um motor a vapor pelo matemático grego Heron de Alexandria, denominado por "aeolipila”: era um motor de reacção parecido com um foguete. Já nos séculos XVII e XVIII  surgiram as primeiras  turbinas a vapor seguidas do digestor de Papin e do primeiro motor que usava pistões. O primeiro uso prático foi a bomba de água surgida em 1698. Em 1712 apareceu o primeiro motor a vapor com sucesso comercial, inventado por Thomas Newcomen. Este motor, bastante ineficiente, era apenas usado para bombear água.

O matemático e engenheiro James Watt, nasceu em Greenock, Escócia, a 19 de Janeiro de 1736. Passou muito tempo na oficina do pai a construir modelos. Estudou o fabrico de instrumentos em Londres durante um ano voltando depois à Escócia, onde investiu no fabrico dos seus próprios instrumentos, acabando por trabalhar numa oficina da Universidade de Glasgow. Começou a fazer experiências com a máquina de vapor quatro anos após ter aberto a sua loja e conseguiu mostrar que 80% do calor produzido é consumido para aquecer o cilindro uma vez que o vapor era condensado e separado num compartimento do pistão que mantém o cilindro à temperatura do vapor injectado. Watt desenvolveu então, em 1769, um novo tipo de máquina, na qual o vapor era libertado para a atmosfera através da abertura de uma válvula, o que evitava as desvantagens da condensação do vapor por acção de um jacto de água fria. A abertura e fecho da válvula de escape era feita por um complexo sistema de engrenagens e veios de transmissão, comandados por um eixo que se movia solidariamente com o êmbolo. Para isso desenvolveram-se diversos mecanismos de válvulas, instalados numa caixa de distribuição que permitia que o vapor escapasse alternadamente por cada um dos sectores definidos pelo êmbolo no interior do cilindro. Dois pêndulos cónicos, constituídos por duas esferas que se moviam numa trajectória circular num plano horizontal, eram utilizados para accionar uma segunda válvula no sistema de escape da máquina, permitindo regular o fluxo de vapor e, portanto, a velocidade da máquina. Este mecanismo é conhecido por regulador de Watt, em homenagem ao seu inventor. O motor de Watt usava 75% menos carvão que o motor original de Newcomen.

Apesar de o seu projecto ser potencialmente viável, havia ainda dificuldades consideráveis na construção de um motor de grande escala pois tal requeria muito capital. Permitiu então que Matthew Boulton, dono da The Foundry Soho, que trabalhava perto de Birmingham, adquirisse os seus direitos de patente. À medida que se avançava no século XVIII a demanda por altas pressões aumentou, sendo fortemente reprimida por Watt que usou o monopólio que a sua patente lhe conferia para evitar que outros construíssem máquinas de alta pressão e as aplicassem a novos veículos. A grande diferença entre as máquinas de baixa pressão e as de alta pressão era a fonte da força que move o pistão. Nas máquinas de Newcomen e de Watt a condensação do vapor é que mais contribui para a diferença de pressão sendo usadas a pressão atmosférica ou a baixa pressão do vapor para empurrar o pistão respectivamente. Ao longo do referido século houve vários projectos para aplicar a máquina a vapor a barcos e a outros veículos, sendo um dos mais promissores o de Nicolas-Joseph Cugnot, que fez uma demonstração do seu vagão a vapor em 1769. Embora a pressão utilizada para este veículo seja desconhecida, o pequeno tamanho da caldeira não produzia uma taxa suficiente de vapor para fazer o veículo avançar mais do que algumas centenas de metros antes de ter que parar para aumentar o vapor. Foram propostos outros modelos e projectos, mas eles foram continuamente bloqueados por Watt. No entanto, o poder de Watt não chegava aos Estados Unidos da América, onde, em 1788, John Fitch contruiu um barco a vapor que operava regularmente no rio Delaware carregando um máximo de 30 passageiros.

Watt aposentou-se em 1800, no mesmo ano que a sua patente e a parceria com Boulton expiraram.

Marco Gui Alves Pinto

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