Locomotiva a vapor

Uma locomotiva a vapor é uma máquina a vapor sobre rodas que leva consigo o combustível e a água e puxa comboios sobre carris. Richard Trevithick pôs a primeira a andar no País de Gales em 1804, e a Rocket de Robert Stephenson, de 1829, fixou o modelo seguido pela maioria das locomotivas posteriores: uma caldeira cheia de tubos de fumo, um escape debaixo da chaminé e cilindros que movem diretamente as rodas.

O que é

Uma locomotiva a vapor é uma máquina a vapor montada sobre um chassis com rodas, feita para puxar comboios numa via-férrea. Leva consigo carvão ou coque e água, queima o combustível numa fornalha e transforma a pressão do vapor na rotação das rodas motrizes através de êmbolos e bielas. As suas rodas de ferro andam sobre carris de ferro ou de aço, onde rolam com muito mais facilidade do que numa estrada, por isso uma só máquina consegue puxar muitos vagões carregados.

A gravura mostra a Rocket, construída em 1829 pela Robert Stephenson and Company em Newcastle upon Tyne. Juntou numa só máquina uma caldeira atravessada por muitos tubos de fumo e um escape de vapor na chaminé, dois elementos que continuaram a ser comuns nas locomotivas a vapor posteriores.

Como funciona

O fogo arde sobre uma grelha na fornalha, na parte de trás. Os gases quentes avançam através do corpo da caldeira por 25 tubos de cobre com cerca de 76 mm de diâmetro, rodeados de água. Muitos tubos pequenos dão à água muito mais metal quente do que uma única conduta larga: na Rocket, os tubos davam várias vezes a superfície de aquecimento das paredes da fornalha (os números variam conforme as fontes). O vapor acumula-se por cima da água a cerca de 3,4 bar acima da pressão atmosférica.

O escape sopra o vapor usado pela chaminé e aviva o fogo a cada golpe do êmbolo.

Da caldeira, o vapor segue para os dois cilindros, um de cada lado. Uma gaveta deixa-o entrar primeiro atrás do êmbolo e depois à frente, de modo que o êmbolo é empurrado nos dois sentidos. Cada haste do êmbolo move uma biela, que faz girar um moente fixado na grande roda da frente do mesmo lado. O peso que assenta sobre esse par de rodas, cerca de 2,6 toneladas na Rocket, juntamente com a aderência entre rodas e carris, limita quanto a máquina pode puxar antes de as rodas patinarem.

O vapor usado sai dos cilindros por um tubo que termina num bocal debaixo da chaminé; cada baforada arrasta o fumo e puxa ar fresco através do fogo. Quanto mais a máquina trabalha, mais forte é a tiragem, o que ajuda a caldeira a acompanhar o consumo dos cilindros; mesmo assim, o fogueiro tem de alimentar o fogo e manter o nível da água.

Como construir

O verdugo no bordo interior de cada roda mantém o rodado entre os carris.

As locomotivas a sério constroem-se em oficinas ferroviárias. Os caldeireiros curvam chapas de ferro ou de aço, rebitam-nas para formar o corpo cilíndrico e a fornalha e fixam os tubos nas placas tubulares de cada ponta. Antes de poder ser acesa, a caldeira é ensaiada com água a uma pressão superior à de serviço, fixada pelas regras aplicáveis, e inspecionada por um técnico independente. Os fundidores vazam os cilindros, os mecânicos mandrilam-nos e montam êmbolos e gavetas, e as rodas recebem aros de ferro colocados a quente. Os caminhos de ferro históricos que hoje restauram locomotivas estão sujeitos a ensaios e inspeções semelhantes.

Uma maqueta sem vapor mostra como as rodas são movidas.

Cortar a roda. Serre em contraplacado um disco com cerca de 20 cm de diâmetro. Cole com firmeza no centro uma cavilha de madeira que servirá de eixo, e faça um segundo furo a 5 cm do centro para o moente, uma cavilha curta colada. Aparafuse numa tábua dois tacos verticais furados para receber o eixo com folga, de modo que a roda gire livremente entre eles.

Fazer o cilindro. Cole um tubo de cartão ou de plástico com cerca de 15 cm sobre um taco de madeira aparafusado na tábua ao lado da roda, de modo que o tubo fique no plano da roda, com o eixo à altura do eixo da roda e apontado para o seu centro. Uma cavilha que deslize livremente lá dentro serve de haste do êmbolo.

Ligar as peças. Corte uma ripa fina com cerca de 25 cm para a biela. Fure uma ponta à medida do moente e articule a outra na ponta da haste com um prego pequeno. Confirme que a roda consegue dar uma volta inteira sem a biela bater no tubo.

Pôr a girar. Empurre e puxe a haste: a roda dá uma volta por cada 10 cm de ida e 10 cm de volta. Repare nos dois pontos mortos, em que o moente, o eixo e a ponta da haste ficam em linha reta e empurrar não serve de nada. Nas locomotivas verdadeiras de dois cilindros, as manivelas dos dois lados estão desfasadas um quarto de volta, de modo que uma está sempre fora do seu ponto morto.

Segurança. Nunca aqueça água num recipiente fechado nem tente fazer uma caldeira: o vapor sob pressão pode rebentar um recipiente e queimar gravemente. Os modelos a vapor vivo só devem funcionar a partir de kits comerciais com caldeiras ensaiadas e válvulas de segurança em bom estado, sob vigilância de um adulto. Mantenha os dedos longe da manivela quando a roda gira.

História e evolução

Na via de Penydarren, placas curtas de ferro fundido pregadas a blocos de pedra guiavam rodas sem verdugo, e partiram-se sob o peso da locomotiva.

Richard Trevithick, engenheiro da Cornualha, construiu para as forjas de Penydarren, em Merthyr Tydfil, a primeira locomotiva a andar sobre carris. A 21 de fevereiro de 1804 puxou dez toneladas longas de ferro, cerca de 10 toneladas métricas, em cinco vagões, com setenta homens em cima, pela via de carris que levava ao canal de Abercynon, cerca de 14 km, a quase 8 km/h segundo o seu próprio relato. No regresso partiu-se um parafuso e a caldeira começou a perder; a máquina só voltou no dia seguinte. Era pesada demais para as placas de ferro fundido da via, que se partiam debaixo dela, e acabou como máquina fixa a acionar um martelo de forja.

Em outubro de 1829, o caminho de ferro de Liverpool a Manchester organizou em Rainhill umas provas para escolher as suas locomotivas. Apresentaram-se cinco máquinas e só a Rocket as concluiu. Nas corridas de prova fez médias de 19 a 23 km/h, conforme a maneira de as calcular; sem carga atingiu cerca de 48 km/h. Ganhou o prémio de 500 libras e a encomenda das locomotivas da linha. Na inauguração da linha, em 1830, a Rocket atropelou o deputado William Huskisson, que morreu dos ferimentos. Profundamente reconstruída em menos de dezoito meses, foi posta de parte antes de dez anos. Os seus restos entraram em 1862 no museu do Gabinete de Patentes de Londres e fazem hoje parte da coleção do Science Museum Group.

As locomotivas seguintes ficaram muito maiores, com mais rodas acopladas para suportar o peso e puxar comboios pesados, e com pressões mais altas. A 3 de julho de 1938, a Mallard da London and North Eastern Railway atingiu 203 km/h numa descida a sul de Grantham, que continua a ser o recorde da tração a vapor. Foi retirada em 1963, quando o diesel e a eletricidade tomaram o lugar do vapor.