Transmissão por veio e correias

Uma transmissão por veio e correias leva a potência de um só motor a muitas máquinas. Um veio comprido em rotação, suspenso sob o teto de uma fábrica ou oficina, aciona cada máquina por meio de polias e correias planas, de modo que uma roda hidráulica, uma máquina a vapor ou um motor elétrico põe a trabalhar uma sala inteira. Uma pintura mural de 1167 no templo de Yanshan, no norte da China, mostra uma roda hidráulica cujo longo veio move ao mesmo tempo pilões e uma mó. Na Europa, a fábrica de seda construída por volta de 1721 em Derby segundo o modelo italiano movia as máquinas de cinco pisos com uma única roda hidráulica.

O que é

Uma transmissão por veio e correias leva a potência de um só motor a muitas máquinas. Um veio comprido em rotação corre sob o teto de uma fábrica ou oficina, apoiado em chumaceiras, e leva uma fila de polias. Destas polias descem correias planas até às máquinas, ou até veios mais curtos que as acionam. Assim, uma única roda hidráulica, uma máquina a vapor ou, mais tarde, um motor elétrico pode pôr a funcionar todas as máquinas de uma sala, ou de um edifício de vários pisos.

Até ao fim do século XIX, a maior parte das fábricas trabalhava assim. Uma instalação típica tinha em cada piso um veio de ferro ou aço com cerca de 3 polegadas (7,6 cm) de espessura, ao longo de todo o comprimento, com contraveios suspensos em paralelo, de onde cada torno, engenho de furar ou tear recebia o movimento. Por isso as máquinas alinhavam-se em filas sob os veios, e de cada uma subia uma correia até à transmissão.

Como funciona

O motor aciona a polia principal, numa ponta do veio, por uma correia ou por engrenagens. O veio é feito de troços de ferro ou aço ligados por acoplamentos e está suspenso das vigas do teto em suportes de ferro fundido, cada um com a sua chumaceira. Um lubrificador conta-gotas por cima de cada chumaceira mantinha-a abastecida de óleo, e eram em geral os operários das máquinas que enchiam e afinavam esses lubrificadores todos os dias. Polias fixadas no veio passam a potência aos contraveios, veios mais curtos suspensos em paralelo, e destes às máquinas.

A polia pequena roda três vezes mais depressa do que a grande; o ramo puxado vai esticado, o outro descai.

Uma correia plana transmite por atrito. Passada à volta de duas polias e bem esticada, agarra-se às suas jantes; o ramo puxado pela polia motora fica tenso e o outro bambo. A correia avança à mesma velocidade nas duas jantes, por isso uma polia pequena roda mais depressa do que uma grande, na proporção dos diâmetros: uma polia com um terço do tamanho da que a move roda três vezes mais depressa. As polias escalonadas no contraveio e na máquina permitem mudar de velocidade passando a correia para outro par de degraus. As jantes são ligeiramente abauladas, e uma correia plana sobe ao ponto mais alto da curva e fica lá. No seu tratado de 1863 sobre moinhos e mecanismos, o construtor de Manchester William Fairbairn indicava para as correias velocidades de 25 a 30 pés (cerca de 8 a 9 m) por segundo.

Toda a rede rodava desde que o motor arrancava de manhã até parar à noite. Para pôr a trabalhar ou parar uma só máquina, o seu contraveio levava duas polias do mesmo tamanho lado a lado: uma polia fixa, chavetada ao veio, e uma polia louca, que roda livremente sobre ele. Com a correia na polia louca, a máquina ficava parada. Um garfo movido por uma alavanca empurrava a correia para a polia fixa e a máquina arrancava. Fairbairn sublinha que o garfo tem de atuar no ramo da correia que entra nas polias, e que a correia patina ao início, levando a máquina à velocidade sem choques.

O atrito de todas essas chumaceiras e correias gastava parte da potência, mesmo quando poucas máquinas trabalhavam. Se o motor ou um veio avariava, uma sala inteira, ou até a fábrica toda, parava até à reparação. As correias esticavam e tinham de ser encurtadas e novamente atacadas. Nos edifícios de vários pisos, as correias passavam por aberturas nos pavimentos que deixavam o fogo propagar-se, e eram muitas vezes encerradas em dispendiosas condutas verticais.

Como fazer

O veio da maqueta: uma vareta que roda em dois montantes, movida por uma manivela.

Uma pequena maqueta de mesa mostra todo o sistema e funciona à mão. Numa tábua com cerca de 60 cm de comprimento, fixe dois montantes de madeira dura com cerca de 30 cm de altura. Fure cada um perto do topo para que uma vareta de aço de 6 a 8 mm, ou uma cavilha de madeira dura, rode livremente nos furos; um pouco de cera de vela ajuda. É o veio de transmissão. Monte uma manivela numa ponta: um disco de madeira colado à vareta, com um pino como pega.

Corte polias de contraplacado com uma serra craniana, em dois ou três tamanhos, e cole-as ao veio. Lixe cada jante com uma ligeira curva, mais alta ao meio, ou enrole uma tira estreita de fita-cola à volta do centro. Faça as correias com fita de algodão cosida em laço, ou com elásticos largos, suficientemente esticados para agarrar sem dobrar o veio.

Por baixo do veio, monte dois eixos curtos em pequenos blocos de madeira fixos na tábua, paralelos ao veio. No primeiro, cole uma polia pequena e um disco de cartão pintado em setores coloridos, para o ver rodar. No segundo, cole uma polia, a polia fixa, e enfie ao lado outra do mesmo tamanho que rode livremente, presa por uma anilha. Dê a este eixo um pequeno excêntrico de madeira que levante um martelinho com dobradiça e o deixe cair. Dobre um arame rígido em forma de garfo que abrace a correia mesmo antes das polias, e fixe-o a um pau que gire sobre a tábua: ao mover o pau, a correia passa de uma polia para a outra.

Rode a manivela e conte: uma polia pequena movida por outra três vezes maior dá três voltas por cada volta do veio. Passe a correia para a polia louca e o martelo para, enquanto o veio continua a rodar; volte a passá-la e o martelo recomeça.

Mesmo uma maqueta lenta pode entalar. O perigo está onde a correia entra na polia, que puxa dedos, cabelo, mangas largas, cordões e joias. Prenda o cabelo comprido, arregace as mangas, mantenha os dedos longe das correias e polias enquanto o veio roda, e mude as correias só com o garfo. Pare a manivela e espere que tudo esteja imóvel antes de qualquer afinação. Acione a maqueta apenas à mão, nunca com um berbequim, um motor ligado à corrente ou um motor de combustão, e vigie as crianças. As transmissões verdadeiras, em museus ou oficinas antigas, podem mutilar ou matar: fique atrás das barreiras e nunca toque numa correia em movimento.

História e evolução

Uma pintura mural do templo de Yanshan, em Fanshi, na província de Shanxi, concluída em 1167, sob a dinastia Jin, pelos pintores Wang Kui, Wang Dao e outros, mostra um moinho junto a um curso de água. Uma única grande roda hidráulica vertical faz girar um longo veio de madeira que levanta pilões para descascar cereal num telheiro de colmo, no nível inferior, e move também uma mó no piso de cima. Gao Ce e Xu Yanhong, que estudaram a pintura no local, interpretam a transmissão para a mó como duas rodas dentadas em ângulo reto; Shi Xiaolei aceita que uma só roda move os pilões e a mó, mas contesta a leitura que fazem da construção do moinho.

No seu tratado de agricultura, cujo prefácio está datado de 1313, o funcionário chinês Wang Zhen descreveu um moinho para águas rápidas e abundantes. A roda era alta e larga, e o veio, tão grosso como aquilo que um homem consegue abraçar, tinha o comprimento necessário. Ao longo do veio havia três rodas dentadas, e cada uma movia uma grande mó com dentes de madeira em toda a volta; cada mó movia por sua vez outras duas, de modo que uma só roda fazia girar nove mós. A roda dentada na cabeça do veio batia também num veio inferior que acionava vários pilões. Wang Zhen tinha visto moinhos assim na província de Jiangxi e noutros lugares, onde serviam para o chá: os pilões esmagavam as folhas antes de estas irem para as mós.

Em Itália, Mario Grassi data do final do século XVI as fábricas de seda bolonhesas em que uma única roda hidráulica movia, por um veio comum, as máquinas de torcer e de dobar. A fábrica de seda de Derby, em Inglaterra, era uma cópia destas fábricas italianas. Uma primeira fábrica movida a água, com máquinas holandesas, construída para Thomas Cotchett numa ilha do Derwent, tinha falhado. John Lombe, que trabalhara para Cotchett, trouxe de Itália desenhos das máquinas de torcer piemontesas e um grupo de operários italianos, e no mesmo local o seu meio-irmão Thomas, que obtivera uma patente em 1718, construiu com ele uma nova fábrica.

Segundo o sítio do património mundial das fábricas do vale do Derwent, as obras começaram em 1721, ao passo que o inventário arqueológico do Derbyshire indica para a construção as datas de 1718 a 1722 e de 1717 a 1721. A fábrica tinha cinco pisos sobre arcos de pedra, e todas as suas máquinas recebiam força de uma única roda hidráulica de propulsão inferior. William Hutton, que lá fez sete anos de aprendizagem, escreveu em 1791 que a roda dava cerca de duas voltas por minuto. Acrescentava que qualquer das inúmeras peças podia ser parada e separada à vontade, mas que o conjunto, repartido por cinco grandes salas, era uma só máquina que andava e parava toda junta.

Nas fábricas com engrenagens, um veio vertical levava a força pelo edifício acima até um veio em cada piso.

Nas fábricas britânicas e nas primeiras americanas, a força subia da roda por um veio vertical e passava por engrenagens para um veio aéreo em cada piso. No início do século XIX, recordava Fairbairn, esses veios eram pesados e lentos, quadrados, de ferro fundido e mal acoplados, e em algumas fábricas era precisa quase tanta força para os fazer rodar como para acionar as máquinas. Depois de se associar a James Lillie em Manchester, em 1817, os dois construtores substituíram-nos por veios leves de ferro forjado que rodavam três vezes mais depressa, poupando ferro e força. Pelas suas contas, um veio a 50 rotações por minuto tinha de pesar cerca de três vezes mais do que um rápido para transmitir o mesmo trabalho.

Nos Estados Unidos, as correias substituíram boa parte das engrenagens. A meio do século eram uma marca das fábricas têxteis americanas, e em 1863 Fairbairn escrevia que os americanos preferiam as correias de couro e as polias grandes. Em algumas fábricas de algodão americanas, um enorme tambor no veio motor enviava a potência às linhas de veios por correias com dois a três pés (cerca de 60 a 90 cm) de largura, de modo que toda a fábrica funcionava sem engrenagens. Os construtores de moinhos do Lancashire e do Yorkshire mantinham as engrenagens e os veios leves e rápidos, e usavam as correias sobretudo para levar a potência dos veios às máquinas. Fairbairn admitia que as correias trabalhavam com suavidade e sem ruído, mas considerava que perdiam mais potência por atrito nos moentes e exigiam reparações frequentes.

Os motores elétricos começaram por tomar simplesmente o lugar da máquina a vapor, na ponta dos mesmos veios compridos. O engenheiro H. C. Spaulding apontou as perdas por atrito e o desperdício de fazer rodar toda a transmissão, fosse qual fosse o número de máquinas em uso. As fábricas dividiram então os veios em grupos, cada um com o seu motor. Na fábrica da General Electric em Schenectady, 43 motores faziam rodar 5260 pés (cerca de 1600 m) de veios em umas 40 oficinas. Os veios encurtaram, para 30 a 50 pés (9 a 15 m) em muitas oficinas mecânicas, e desapareceram quando cada máquina recebeu o seu próprio motor. Em 1929, segundo Warren Devine, os motores elétricos representavam cerca de 78 % da potência instalada para acionar máquinas na indústria dos Estados Unidos.