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Como funciona a locomotiva a vapor
Horst Wolff — Agosto 1993Agrade�o aos engenheiros Lockmann e Camolez — que em 1986, quando escrevi este artigo, ainda estavam ativos e eram ferrovi�rios da �poca do vapor (EF Noroeste do Brasil, Bauru) — a valiosa colabora��o recebida para sua reda��o.
Muitos ferreomodelistas e outros admiradores de motivos ferrovi�rios possuem modelos ou pelo menos j� viram "in natura" uma locomotiva a vapor, funcionando ou est�tica, fria, como monumento a uma �pica e gloriosa �poca que j� se foi h� muitas d�cadas. Por�m certamente a grande maioria desses admiradores j� fez a inevit�vel pergunta: — Como � que ela funcionava? Como pode o vapor mover todas essas rodas? — Pois bem, aqui est�o, suscintamente, algumas das respostas.
Suponha uma locomotiva a vapor do tipo Pacific (rodagem 4-6-2) de fabrica��o da Baldwin Locomotive Works dos Estados Unidos.
Embora haja exce��es (loco-tanque, p.ex.), locomotivas a vapor s�o geralmente m�quinas de duas partes: — A unidade frontal, ou seja, a m�quina a vapor, que consiste em uma Caldeira para gerar energia (vapor) e o mecanismo que usa esta energia para transform�-la em movimento mec�nico; — E a unidade posterior, o t�nder, rigidamente acoplado � m�quina frontal. � um ve�culo para armazenar combust�vel e �gua, elementos necess�rios para gerar e transferir energia.
— … • Segue • … —A Locomotiva
Combust�vel e �gua do t�nder s�o transferidos para a Fornalha e a Caldeira, respectivamente. O combust�vel � queimado na Fornalha, sendo os gases quentes arrastados atrav�s dos tubos da Caldeira para dentro da Caixa de Fuma�a, de onde ser�o finalmente expelidos para cima, atrav�s da chamin�. Ao passar pelos tubos, o calor dos gases � transferido para a �gua dentro da Caldeira, convertendo uma parte desta em vapor que, sendo acumulado no Domo de Vapor, gera press�o e � transferido, quando solicitado — atrav�s de uma v�lvula controladora (ou Regulador de Press�o) e de um tubo — para as v�lvulas direcionais, e da� para os cilindros.
A locomotiva �, efetivamente, formada por 2 m�quinas separadas, uma em cada lateral, e cada uma com uma haste de conex�o e mecanismo de v�lvulas, unidas aos eixos das rodas motrizes, operando sincronamente.
Cada v�lvula distribui o vapor para o respectivo cilindro. C�maras nos corpos da v�lvula, juntamente com uma v�lvula direcional, mandam o vapor para o lado apropriado do pist�o, ao mesmo tempo provendo uma abertura de exaust�o para o vapor usado. A a��o das v�lvulas � controlada por um mecanismo pr�prio.
Existem diversos tipos de mecanismos de v�lvulas, por�m todos seguem mais ou menos o mesmo princ�pio. A haste da v�lvula � conectada � cabe�a da cruzeta e a um eixo exc�ntrico por uma s�rie de alavancas. A combina��o dos movimentos da cruzada, do eixo exc�ntrico e a posi��o da barra radial no quadrante de revers�o controla o volume de vapor admitido para o cilindro e a seq��ncia pela qual ele entra na c�mara do cilindro durante cada volta da roda motriz.
Quando as barras radiais estiverem na horizontal e alinhadas com o piv� do quadrante de revers�o, nenhum movimento pode ser transferido para a v�lvula e nenhum vapor pode ser admitido para os cilindros. Isto seria semelhante a colocar ao ponto neutro ("banguela") da alavanca de c�mbio de um autom�vel.
Atrav�s de uma s�rie de hastes, um bra�o da barra de marcha, e �s vezes por um pequeno cilindro pneum�tico chamado Reversor de For�a, o maquinista pode levantar ou abaixar as barras radiais nos oblongos dos quadrantes para mudar a posi��o das hastes relativas aos piv�s dos quadrantes. Isto faz os quadrantes atuarem como alavancas para puxar e empurrar as hastes.
Levantando-se as barras radiais, proporciona-se movimento de marcha � r�, e abaixando-os movimenta-se para a frente. Com o "c�mbio" colocado colocado em posi��o reversiva (barra radial levantada), a v�lvula manda vapor para a traseira do pist�o ao mesmo tempo que faz uma abertura para sa�da do vapor que est� na frente do cilindro. O vapor passa pela traseira da v�lvula e para cima, entra na Caixa de Fuma�a e sai pela chamin�.
Para o movimento para a frente, a barra radial � abaixada, mudando-se as posi��es relativas aos pontos de pivotamento, invertendo assim a distribui��o do vapor para os cilindros.
Quanto mais a barra radial � levantada ou abaixada, tanto mais o volume de vapor admitido � controlado (mantido) por um tempo maior, conforme pode-se verificar pelo movimento r�tmico do pist�o. Quando se d� a partida, ou em velocidades baixas, a barra radial � posicionada na dist�ncia m�xima do piv� do mancal do quadrante (chamado tamb�m de "corte total do vapor). Isto permite que o vapor passe ao cilindro enquanto durar o curso (movimento) do mesmo pist�o. Isto seria a mesma coisa que a primeira marcha do c�mbio de um autom�vel. A exaust�o do vapor, nesta posi��o, � longa e alta. Compreender o som da exaust�o � de grande import�ncia para o ferreomodelista, pois s� assim ele encontrar� o sistema correto de som para sua maquete.
Conforme a locomotiva ganha velocidade, a barra radial � trazida para mais perto do piv� do mancal do quadrante, por um mecanismo pr�prio. Isto encurta o per�odo de tempo no qual se permite que o vapor passe para os cilindros e o curso do pist�o � completado pela expans�o do vapor. Isto seria como a quarta marcha do c�mbio de um carro. O som da exaust�o do vapor se torna progressivamente mais curto e agudo.
— … • Segue • … —O pist�o � conectado � cruzeta, a cruzeta ao puxavante, o puxavante ao pino da manivela, e o pino da manivela � roda principal de propuls�o. O movimento do pist�o para frente e para tr�s � alterado para movimento rotativo e as rodas de propuls�o giram.
Todas as rodas propulsoras de cada lado s�o unidas por bra�agem lateral. As rodas do lado esquerdo t�m as manivelas colocadas a 90 graus das manivelas do lado direito (chamados "quartos"). Isso feito, pelo menos um cilindro vai estar sempre puxando ou empurrando o puxavante.
Assess�rios da Caldeira
Injetores (um de cada lado da caldeira) misturam vapor com �gua e for�am-no para dentro da caldeira, atrav�s de tubos de distribui��o. Injetores do tipo n�o-elevador s�o localizados por baixo da cabine. Os do tipo elevador s�o montados na cabine ou quase adiante dela, cerca da mesma altura que a v�lvula de controle da Caldeira. A v�lvula retentora previne para que a �gua n�o volte da caldeira.
As locomotivas t�m pelo menos 2 domos — um menor (o Domo de Vapor) no qual o vapor � coletado — e um maior, para a areia usada para proporcionar melhor tra��o sobre os trilhos quando molhados ou em subidas.
A torre pequena localizada no topo traseiro da Caldeira � a conex�o e centro de controle para todos os dispositivos de vapor, como a bomba de ar e o gerador.
As v�lvulas de seguran�a est�o localizadas tanto no topo traseiro da Caldeira como no Domo de Vapor. Esses dispositivos cil�ndricos s�o v�lvulas que cont�m molas calibradas para liberar a press�o do vapor quando exceder o limite m�ximo permiss�vel.
Sistema de ar
Diversos dispositivos s�o operados por ar. Ele � elevado at� uma alta press�o por um compressor (operado a vapor) e armazenado em um ou mais tanques, ou reservat�rios.
V�lvulas na cabine controlam a press�o do ar para o cilindro de freio da locomotiva e para a tubula��o da linha de freio da composi��o.
O t�nder
O t�nder � uma carca�a met�lica, rebitada ou soldada, montada sobre um quadro. Est� dividida em 2 compartimentos, um para �gua e outro para combust�vel. A capacidade c�bica de �gua � mais ou menos o dobro da capacidade de combust�vel.
Locomotivas que queimam lenha ou carv�o s�o alimentadas manualmente. Uma chapa inclinada no fundo do dep�sito de carv�o do t�nder, dobrada em �ngulo na dire��o do fundo da parte frontal, deixa o carv�o sempre ao alcance do foguista.
Por volta de 1910 foi inventado um alimentador mec�nico para a Fornalha. Um longo tubo entre o dep�sito de carv�o do t�nder e a Fornalha da locomotiva cont�m um parafuso de alimenta��o do tipo sem-fim, para transferir o carv�o. O alimentador mec�nico � operado por um pequeno motor a vapor, de 2 cilindros, localizado abaixo da cabine da locomotiva ou na parte frontal mais alta do tanque do t�nder.
�leo combust�vel pesado tamb�m era usado, sendo necess�rio aquec�-lo por meio de serpentinas de vapor da m�quina a fim de mant�-lo suficientemente fluido para que haja vaz�o para o queimador. O dep�sito de �leo (tanque retangular) ocupa no t�nder o mesmo espa�o que seria do dep�sito de carv�o.
O tanque de �gua tem uma tampa de acesso e enchimento, no topo traseiro da cobertura do t�nder.
O t�nder � permanentemente conectado � locomotiva por uma pesada barra met�lica (ou duas). Tubos pesados e flex�veis (ou mesmo r�gidos) s�o usados para transferir �gua para a Caldeira (e �leo combust�vel para a Fornalha).
Mangueiras flex�veis e tubos com conex�es entre a locomotiva e o t�nder transportam o ar comprimido para os freios, o vapor para os instrumentos e a �gua para a Caldeira.
Para informa��es mais detalhadas sobre o funcionamento de locomotivas a vapor, e mais detalhes sobre as pe�as, vide o livro Model Railroader Cyclopaedia, vol. I — Steam Locomotives (da Kalmbach), que tem desenhos em escala de 127 locomotivas, abrangendo desde a pequena American 4-4-0 de 1873 at� a enorme Big Boy, articulada, 4-8-8-4, da Union Pacific, passando pela poderosa Y6b da Norfolk & Western e outras locos fora-de-s�rie. Este livro, em ingl�s, d� uma excelente no��o dos componentes de uma locomotiva a vapor.
Uma sugest�o
Aqueles que tiverem interesse em ver uma leg�tima ferrovia funcionando quase que totalmente a vapor, com locomotivas Texas, Mikado e Santa F� arrastando vag�es de min�rio carbon�fero, devem tentar uma visita � EF Donna Thereza Christina, cujas oficinas e centro administrativo est�o em Tubar�o, SC. Vale a pena a visita. A ABPF de vez em quando promovia excurs�es at� l�, por�m h� alguns anos que n�o vou, por isso n�o sei precisar a situa��o da Thereza Christina nos dias de hoje (1993).
Nota do site - Este artigo foi publicado inicialmente na revista Esporte Modelismo, em 1985, e revisado pelo autor, em 1993, para o Centro-Oeste. — Existem atualmente vários passeios de trem a vapor da ABPF, que vão listados abaixo (mobile) ou ao lado (desktop) [FRC, 19 Nov. 2017].
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Como Funciona uma Maria FumaçaEnviado por nanynhaj em 16/11/2009«Viagem de Maria Fumaça de Campinas-Anhumas até Jaguariuna. Explicação de Como Funciona uma Maria Fumaça». |