Grandes Nomes da CIência

Biografias de cientistas conhecidos ou não tão conhecidos assim. Curiosidades e fatos sobre suas pesquisas, inclusive gente anônima que fez ciência e não recebeu os devidos créditos. Mais »

Livro dos Porquês

A sabedoria e o conhecimento. Isso é Poder! Abra sua mente, aprenda mais sobre questões básicas (e complexas) e tire suas dúvidas, de forma mais didática possível, sem ser aquelas aulas chatas de colégio. Mais »

Grandes Mentiras Religiosas

O mundo não é tão bizarro quanto fazem parecer. Mentiras e enganações para ludibriar as pessoas, lindamente desmontados, de forma a trazer à luz a desonestidade para tentar lhe fazer parar de pensar e simplesmente aceitar o que querem que você pense. Mais »

Caderno dos Professores

Para quem quer ensinar e muitas vezes se pergunta como abordar um tema. Como deixar a aula interessante, como levar conhecimento aos seus alunos por meios que pedagogos lhe odiarão, mas serão amados pelos estudantes. Mais »

 

A Termodinâmica

A FORÇA QUE MOVE O MOTOR É A ENERGIA QUE GOVERNA O MUNDO

Todo e qualquer corpo, seja de um ser bruto ou vivo, tem certa quantidade de energia. Uma das diferenças entre um ser bruto e um ser vivo é o tipo de energia envolvida. Seres vivos continuam vivos por transformar a energia dentro de si; seres brutos, não. A energia se transforma, ela muda em suas diferentes apresentações. Vamos supor que eu acenda a luz. Eu estou vivo, já que eu me alimento, eu ingiro nutrientes que meu corpo necessita. Estes nutrientes são convertidos em energia química. Esta energia química é transformada em energia elétrica, a qual pulará de neurônio em neurônio até que o comando de levantar o braço seja obedecido. Os músculos usarão energia química para produzir energia cinética (movimento) e eu levantarei o braço e apertarei o interruptor. Pelo fio passam elétrons em fluxo, formando a tão famosa "corrente elétrica". Eu fechei o contato e a corrente elétrica passará, chegando até a lâmpada. A lâmpada se acende, transformando energia elétrica em energia luminosa (luz) e gerará calor (energia térmica). Vários processos interligados, com quantidades de energia sendo convertidas em outros tipos de energia para ter uma ação, um trabalho.

Denis Papin nasceu na cidade de Chitenay, França, em 22 de agosto de 1647. Para variar, ninguém ouve falar dele nos colégios e arrisco dizer que muitos professores também nunca ouviram falar dele, apesar de frequentemente usarem seus inventos. Ele era médico, matemático e tinha uma quedinha por bolar umas engenhocas, e a mais conhecida delas é um aparelho que se mantém selado durante o aquecimento interno. Feito de bronze, o baixo calor específico e a alta condutividade garantem boa troca de calor entre o recipiente e o que ele contém. Em outras palavras, esquenta que é uma maravilha! O principal uso deste aparelho é ferver as coisas que estão lá dentro, sem ter que ficar trocando a água sempre, como acontece no banho-maria, se o deixarmos por muito tempo. No caso do banho-maria, a tendência é a água evaporar, mas isso não acontece no dispositivo criado por Denis Papin. Ele criara a autoclave, e se você acha este nome pomposo demais, vá na sua cozinha e, muito provavelmente, você encontrará a irmãzinha dela: a panela-de-pressão. Mas, como você deve estar supondo, Papin não deu nem um dos dois nomes à sua engenhoca.

Papin era conhecido por muitos cientistas, tendo, inclusive, trabalhado com Christiaan Huygens e Gottfried Leibniz. Denis Papin era huguenote, e como ficou demonstrado na Noite de São Bartolomeu – cerca de 100 anos antes – ser protestante não era algo muito saudável na França católica. Mesmo com o Édito de Nantes, o negócio era não ficar dando bandeira. Papin estudou com muitos cientistas, físicos e químicos de sua geração. Sua atenção foi, contudo, direcionada para o poder do vácuo. O mistério do corpo físico que seria, em tese, ausência de qualquer corpo físico. O nada absoluto. A dúvida que rondava a mente de Denis Papin era: posso fazer algo de útil com isso? Ele fez (ou quase isso). Denis Papin fez a primeira máquina a vapor da Europa, séculos mais tarde que Heron de Alexandria, mas bem eficiente e não apenas como algo para entreter multidões em templos.

Papin usava um sistema de pistão para controlar a pressão dentro do recipiente. Quando a pressão exercia uma força maior que o peso colocado no braço, a válvula abria e o vapor saía, impedindo que o dispositivo tivesse as paredes rompidas, isto é, explodisse. Isso é algo que acontece com pessoal preguiçoso que não limpa as válvulas das atuais panelas de pressão. Com ciclos de aquecimento e condensação de vapor, podia-se fazer um sistema de movimento rítmico ou sobe-e-desce. Algo como isso aqui:

Mas será justo dizer que Papin fez a primeira máquina a vapor na Europa? O que ele fez nada mais era que um dispositivo para digerir ossos (nem mesmo a válvula de pressão estava no desenho inicial, a qual só foi usada em projetos posteriores por causa de ruidosos problemas, se é que vocês me entendem. E por mais que a máquina a vapor de Papin executasse movimentos rítmicos, ele não fez nada de útil com ela, isto é, não fez que ela fizesse o que um motor efetivamente faria. Caberia a Thomas Savery fazer isso. Entretanto, Papin deu o ponta-pé inicial, e isso deve, sim, ser mencionado. Não existe conhecimento que aparece por mágica, e sim por vários conceitos que são aprendidos, amarrados e aplicados de forma prática.

Thomas Savery nasceu pelos idos de 1650, no condado de Devon, Inglaterra. Como é de se esperar, não era de família pobrinha, já que pobre só tinha direito a ser serviçal, mesmo. Ele foi engenheiro militar do exército de Sua Majestade, chegando ao posto de Capitão de 1702, e passou seu tempo livre fazendo experimentos com mecânica, mas antes disso ele já fazia sua… Mágica! Em 1696, Savery registrou uma patente para uma máquina de polir vidro e mármore. Também criou sistema de propulsão para navios por meio de pás, mas isso parece não ter feito muito sucesso com o pessoal da Marinha. Além disso, trabalhou como fornecedor de suprimentos fármacos e sua fama o acabaria colocando em contato com um certo Thomas Newcomen, mas ainda é cedo para se falar neste senhor.

O carvão era o petróleo da época, já que o segundo ainda não tinha sido descoberto como algo útil (sim, as pessoas já conheciam o petróleo desde a época dos antigos egípcios), logo, era primordial escavá-lo. A Inglaterra dependia muito disso, já que estava no alvorecer da Revolução Industrial, mas ainda dependia-se de energia e máquinas maravilhosas que a usariam para fazer outras maravilhas e tudo isso começou há muito tempo.

E quando falo "muito tempo", é muito tempo. MESMO!

Você frequentou colégio e deve saber tudo sobre Feudalismo, Mercantilismo e a Revolução Industrial. Viu como a Economia se tornou o principal alvo dos Estados, onde o acúmulo de riquezas e capital lastreava os luxos de uma classe em ascensão. Por causa disso, os trabalhadores foram empurrados pra baixo (literalmente e socialmente). Indústrias surgiram, horas de produção exaustivas, pessoas morrendo nos insalubres ambientes de trabalho ou em suas moradias, mais insalubres ainda. O mundo viu o raiar de uma nova Era, e quem não se deu muito bem viu o Inferno na Terra. Karl Marx e Friedrich Engels criariam uma revolução, mas não do jeito que eles imaginaram, até que muros fossem derrubados em fins do século XX. A Inglaterra estava no ápice de tudo e construiu um verdadeiro império e a mola mestra que propiciou isso foi uma e apenas uma coisa: o acaso.

Há quase 400 milhões de anos, a Terra vivia no período Paleozoico. Havia uma soberba explosão de vida vegetal, pois o imenso acúmulo de nutrientes nos solos e altas concentrações de gás carbônico formaram uma verdadeira ambrosia para as plantas. Árvores gigantescas tomavam a paisagem, algumas com cerca de 40 metros de altura! O clima foi alterado, o planeta foi inundado com oxigênio e isso fez espalhar outro tipo de vida: animais, principalmente artrópodes, em que alguns chegaram a ter cerca de um metro de comprimento! O clima começou a mudar de novo, ficando mais temperado. Na terra, água e mar, animais estavam espalhados e vivendo segundo o que a Natureza lhes ordenou: viva o máximo que puder, fuja de seus predadores e dê cabo de suas presas. Nasça, reproduza-se e morra deixando muitos descendentes, pois o fantasma da Seleção Natural não dorme. Para cada lado que se olhasse, grandes florestas dominavam o horizonte, mas isso não seria eterno.

No Carbonífero Médio, há cerca de 305 milhões de anos, o Apocalipse mais uma vez viria bater um papinho com o planeta. O clima mudou de novo, geleiras começaram a se formar e, por causa disso, o nível dos oceanos começou a baixar. Com menos água líquida, chuvas começaram a ficar mais escassas, e os terrenos cheios de árvores acabaram se restringindo a algumas ilhas verdes, os últimos bastiões ecológicos. Animais começaram a morrer e aqueles que não desenvolveram alguma adaptação estavam prestes a encontrar o seu algoz: a própria Seleção Natural. Os que tinham se desenvolvido para se tornar carnívoros viraram predadores dos poucos herbívoros que tinha e a matança (re)começou.

Então, os vulcões deram o tiro de misericórdia revirando o clima de cabeça pra baixo. Cinzas foram expelidas, junto com toneladas de gases de efeito estufa. Uma imensa área verde foi soterrada pelas cinzas e as Leis da Química, as invariáveis Leis da Química, ditariam a mudança social que aconteceria milhões de anos longe dali. Pois aquelas árvores soterradas, ricas em celulose, sofreriam degradação, e o que sobraria seria ele, simplesmente ele: o carbono, sob a forma de carvão. Carvão mineral. E o lugar que teve a sorte de ter grandes reservas de carvão mineral e o aproveitou no desenvolvimento e ampliação dos seus domínios foi a Inglaterra, que se tornaria a sede do Império Britânico.

Obviamente, não havia um acaso, como você pode intuir. Reações químicas e fenômenos físicos não acontecem porque acontecem. O que seria o acaso é que em cima de toda aquela extinta ilha verde, que acabou se tornando um oceano de carvão mineral, começou uma vila, que acabou se tornando uma cidade, depois um país, um reino e um Império. Depois, com a descoberta das grandes jazidas, o Império se tornou uma força econômica.

Antes, a automatização de tarefas por meio  da força da água. Os árabes e chineses foram muito eficientes nisso. Agora, era a vez dos ingleses. Com o advento da máquina a vapor, as coisas mudariam. E isso, não porque Ciência era o principal motivo, e sim o Capitalismo. Se eu preciso ter lucro, preciso inventar meios de minimizar os custos e aumentar a eficiência.

Em 02 de julho de 1698, nosso amigo Thomas Savery patenteou o pioneiro das máquinas a vapor com fins práticos. Em sua descrição, Savery fala de sua invenção com o foco no uso em moinhos, drenagem de minas alagadas etc., sem as inconvenientes inconstâncias dos cursos d’água e dos ventos. Savery demonstrou-o para a Royal Society em 14 de junho 1699, mas curiosamente a patente não possuía ilustrações ou mesmo uma descrição. Algo parecendo com os produtos-conceito criados hoje em dia, que normalmente violam as leis da termo… bem, ainda é cedo de falar sobre isso também.

Em 22 de setembro de 1701 Savery descreveu a máquina em seu livro "O amigo do mineiro; ou, um motor para elevar a água pelo fogo", publicado no ano seguinte. Graças ao poder da Internet, você poderá lê-lo AQUI. O desenho pode ser visto a seguir:

O motor de Savery não tinha pistão e nem partes móveis, além das torneiras. O que bombeava a água era per´[iodos de expansão e contração gasosa, com válvulas que só davam um único sentido. Funcionava, é verdade. Tinha fins práticos, o que também é verdade. Funcionava bem? Er… não. O motor era ineficiente.

Cada vez de água era admitida no recipiente, absorvia muito calor, resfriando o sistema. Era preciso muito mais calor, porque a água absorvia uma boa quantidade dele, e o que sobrava da energia é que fazia a expansão dos gases. Ademais, as soldas e encaixes eram imperfeitas, o que levava a perder energia pro ambiente, sem falar que o abrir e fechar de válvulas tinha que ser feito manualmente e no tempo certo. Além disso, a bomba não conseguia remover água de poços profundos, pois dependia da pressão atmosférica, como um sifão. Quando a coluna de líquido fazia a mesma força que o ar, a bomba simplesmente não funcionava.

Ou seja, saía muito caro operar a máquina, que gastava mais carvão do que seria obtido naquele local. Só prejuízo, nada de lucro. Era mais fácil colocar uma peãozada tirando a água de baldinho do que usar o aparato de Savery.

Se Thomas Savery foi o primeiro a fazer uma máquina a vapor de uso prático, seu xará Thomas Newcomen foi o primeiro a fazer uma máquina realmente eficiente com uso prático. Ele nasceu em algum dia de fevereiro de 1664, sarcásticos alegam que foi lá pro dia 30… Como todo mundo na época, ele se preocupava em criar algo eficiente, barato e que funcionasse para bombear água dos poços. Assim, lá vamos nós de novo para retirar água daquela joça.

O modelo de Newcomen era engenhoso, porque misturava vários conceitos. Usava como base as ideias de Denis Papin e de Thomas Savery, pegando o melhor dos dois mundos. A máquina que ele inventou era chamada "Máquina Atmosférica de Newcomen", mas usava mais que a pressão atmosférica.

O motor de Newcomen bombeava vapor dentro de um cilindro. O vapor d’água era condensado ao borrifar pequena quantidade de água fria dentro do recipiente. As válvulas trocavam de posição. O vapor se condensava e, por causa disso, seu volume se reduzia, criando um vácuo parcial, deixando a pressão atmosférica fazer o trabalho e empurrar o cilindro, impulsionando a água do poço para fora.

Quando toda a água era bombada, um peso puxava mais vapor para dentro da caldeira e o ciclo continuava. A chave de tudo é que não era a força do vapor que expandia o êmbolo e sim o contrário. O peso do outro lado da gangorra é que fazia mais vapor entrar nessa câmara, que não era uma câmara de expansão e sim uma câmara de condensação, pois o borrifar da água fazia o vapor se condensar, deixando a pressão atmosférica fazer o serviço. Por isso é chamada "máquina atmosférica" e não "máquina a vapor", propriamente dita. Em 1712, Thomas Newcomen, juntamente com John Calley, patentearam esta maravilha, e começaram a ganhar um dinheirinho com ela.

Cortando alguns anos, surge um camarada que fez o máximo de diferença, em termos de mecânica, engenharia, economia, política etc. Seu nome virou até unidade de potência. Seu nome era James Watt, e ele merece um pouco a mais de nossa atenção perante a história que estamos contando. Mas será na próxima página.


Sobre André Carvalho

και γνωσεσθε την αληθειαν και η αληθεια ελευθερωσει υμας

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