Lâmpada de segurança mineira

A lâmpada de segurança é uma lâmpada de óleo cuja chama está encerrada de modo a não poder inflamar o grisu das minas de carvão. Na forma mais conhecida, a de Humphry Davy, um cilindro de fina rede de ferro deixa entrar o ar e retém a chama. A primeira lâmpada de segurança foi descrita por William Clanny em 1813, e tanto Davy como George Stephenson construíram a sua em 1815.

O que é

As camadas de hulha libertam grisu, um gás composto sobretudo por metano. Misturado com o ar numa proporção entre cerca de 5 e 15 %, explode ao contacto com uma chama, e os mineiros trabalhavam à luz de velas e de lâmpadas de chama descoberta. A lâmpada de segurança permite levar uma chama para esse ar sem o inflamar. A chama arde numa gaiola fechada que deixa entrar o ar fresco e sair os gases queimados, mas que a própria chama não consegue atravessar.

As lâmpadas posteriores rodeiam a chama com um cilindro de vidro grosso e mantêm a rede por cima.

A lâmpada que Humphry Davy concebeu no final de 1815 é a forma mais simples. Uma pequena lamparina de óleo com depósito de latão sustenta um cilindro de fina rede de ferro, fechado no alto por uma segunda camada de rede. Três varetas verticais de arame protegem o cilindro e juntam-se por cima numa placa com uma argola para transportar ou pendurar a lâmpada. A rede é todo o invólucro: não há vidro, e o mineiro vê a chama através da malha. As lâmpadas posteriores rodearam a chama com um cilindro de vidro grosso e mantiveram a rede apenas por cima, o que dava muito mais luz.

A lâmpada era também o detetor de gás do mineiro. A maneira como a chama mudava dizia-lhe se havia grisu e, aproximadamente, quanto.

Como funciona

Uma chama é uma camada de gás suficientemente quente para continuar a arder por si. Quando chega à rede, os fios de ferro retiram-lhe calor mais depressa do que o gás em combustão o consegue produzir, e o gás que passa pelos orifícios sai demasiado frio para arder do outro lado. Davy começou com tubos metálicos estreitos: uma explosão não avança por um tubo suficientemente fino e comprido. Uma rede metálica funciona como uma multidão de tubos muito curtos lado a lado. Na memória de janeiro de 1816 indicou que as redes que ensaiou, de 625 a 6400 orifícios por polegada quadrada, eram seguras. Um manual de 1842 recomendava que nenhuma abertura excedesse um vinte e quatro avos de polegada, cerca de 1 mm, e a rede que se tornou habitual tinha 28 fios de ferro por polegada, ou seja, 784 orifícios por polegada quadrada.

Quando há grisu, uma auréola azul-clara ergue-se sobre a chama; quanto mais gás, mais alta.

A lâmpada respira o ar que a rodeia, seja ele qual for. Quando esse ar contém grisu, parte do gás arde dentro da gaiola. Com pouco gás aparece por cima da chama amarela uma auréola azul-clara que se alonga à medida que a proporção sobe. Algumas lâmpadas tinham marcas no vidro para se ler a sua altura. Numa mistura explosiva, todo o cilindro se enche de chama e a rede pode ficar em brasa, mas a combustão fica no interior. É o sinal para sair de imediato: deixados no gás, os fios continuam a aquecer e podem acabar por fundir.

A proteção tinha limites conhecidos desde o início. Uma corrente de ar forte podia empurrar a chama através da malha. Nos ensaios de uma comissão real britânica, entre 1879 e 1886, uma lâmpada Davy da mina de Blantyre transmitiu a chama à mistura explosiva à sua volta quando esta estava em movimento. Um buraco maior do que a malha, causado por uma pancada ou pela ferrugem, anulava toda a proteção, e o mesmo acontecia se a lâmpada fosse aberta no fundo da mina, o que os mineiros estavam proibidos de fazer. A luz era fraca. A lâmpada permitiu também explorar camadas mais profundas e com mais grisu, e as explosões continuaram.

Como fazer

Uma verdadeira lâmpada de segurança tem de ser fabricada e homologada para o seu trabalho, e uma lâmpada feita em casa nunca deve aproximar-se de gás, vapores de combustível ou poeiras. O que se pode mostrar sem perigo numa mesa é o princípio: uma chama não atravessa uma rede metálica fina.

A chama espalha-se por baixo da rede, mas não a atravessa.

É preciso uma vela num castiçal estável, um tabuleiro de metal, um quadrado de rede metálica fina com cerca de 15 cm de lado (a rede de aço ou de cobre vendida para laboratórios, ou um pedaço de um passador fino de metal sem o rebordo de plástico), uma pinça metálica comprida ou uma pinça de laboratório num suporte, e um balde de areia ou de água. Acenda a vela e deixe a chama estabilizar. Segure a rede na horizontal com a pinça e baixe-a devagar sobre a chama até a cortar a meia altura. A parte de baixo da chama espalha-se sob a malha, e por cima vê-se apenas um pouco de fumo, sem chama. Levante a rede e a chama inteira volta. A rede fria funciona melhor; ao fim de alguns segundos na chama aquece, a fuligem deposita-se nos fios, e deve ser pousada no tabuleiro para arrefecer antes de se repetir.

A chama está descoberta e a rede fica quente o suficiente para queimar a pele. Trabalhe sobre uma superfície resistente ao calor, longe de cortinas, papel e de tudo o que possa pegar fogo, prenda o cabelo comprido e arregace as mangas largas, mantenha a areia ou a água ao alcance da mão, e deixe as crianças fazer a experiência apenas com um adulto. Nunca segure a rede com os dedos, nunca use um queimador a gás, gasolina de isqueiro, álcool ou qualquer outro combustível neste ensaio, e nunca o utilize para procurar gás. Deixe tudo arrefecer antes de arrumar.

História e evolução

A 25 de maio de 1812, uma explosão na mina de Felling, perto de Gateshead, matou 92 homens e rapazes. No ano seguinte formou-se em Sunderland uma Sociedade para a Prevenção de Acidentes nas Minas de Carvão, cujos membros esperavam da ciência uma luz segura.

A primeira resposta veio de um médico de Sunderland, William Reid Clanny. Numa memória lida na Royal Society a 20 de maio de 1813, descreveu uma vela que ardia atrás de um vidro grosso numa caixa fechada. Um par de foles empurrava o ar fresco através de água colocada por baixo da chama, e o ar queimado saía através de água colocada por cima, de modo que uma explosão interior não podia chegar à mina. A lâmpada funcionava, mas era preciso bombear sem parar, e Clanny passou depois a modelos mais simples.

Em 1815, dois homens trabalharam ao mesmo tempo no problema. George Stephenson, mecânico-chefe da mina de Killingworth e mais tarde construtor de locomotivas, ensaiou uma lâmpada na mina a 21 de outubro de 1815 e versões melhoradas a 4 e a 30 de novembro; na forma acabada, a chama ardia numa chaminé de vidro sob uma tampa de metal com pequenos furos. Humphry Davy começou a trabalhar em Londres a 9 de outubro de 1815, com Michael Faraday como assistente. A 9 de novembro foi lida na Royal Society a sua primeira memória, sobre lâmpadas cujo ar passava por tubos estreitos. Depois substituiu os tubos por rede metálica. Cinco das suas lâmpadas de rede foram ensaiadas na mina de Hebburn a 9 de janeiro de 1816, e o seu relato sobre a lâmpada de rede foi lido dois dias mais tarde.

Cada lado reclamou a prioridade. Os partidários de Davy defendiam que a lâmpada saíra das suas experiências e que Stephenson lhe tinha tirado a ideia. Em 1817, uma comissão reunida em Newcastle concluiu que Stephenson trabalhara de forma independente, e vários proprietários de minas juntaram para ele 1000 libras. As duas lâmpadas continuaram em uso, a Davy na maior parte da Grã-Bretanha e a lâmpada «Geordie» de Stephenson no nordeste, onde muitos mineiros preferiam a sua luz mais viva.

As lâmpadas seguintes juntaram vidro e rede. Em 1839, Clanny rodeou a chama com um cilindro de vidro encimado pela rede, e em 1840 o engenheiro belga Mathieu Mueseler acrescentou uma chaminé interior que melhorava a tiragem e evitava que a fuligem embaciasse o vidro. Depois dos ensaios da comissão real em corrente de ar, passaram a preferir-se as lâmpadas com a rede protegida por uma camisa de metal. As lâmpadas elétricas trouxeram a mudança seguinte. Nos Estados Unidos, o Bureau of Mines aprovou em 1915 uma lâmpada de capacete desenvolvida com Thomas Edison, com uma lâmpada elétrica no capacete e uma bateria recarregável no cinto. As lâmpadas elétricas de capacete davam muito mais luz, mas não denunciavam o gás, pelo que as lâmpadas de segurança de chama se mantiveram como detetores de grisu muito depois de deixarem de servir para iluminar.