Qual foi a contribuições das máquinas a vapor para Revolução Industrial?

Poucas invenções foram tão importantes para a história da humanidade como a máquina a vapor. Primeiro dispositivo capaz de transformar o calor em energia mecânica com eficiência suficiente para substituir a tração animal, pode ser considerada uma das grandes responsáveis pela revolução industrial no século XIX.

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Qual foi a contribuição da máquina a vapor na primeira Revolução Industrial?
Qual a importância das máquinas para a Revolução Industrial?
O que foi a máquina a vapor na Revolução Industrial?
Qual foi o papel das máquinas a vapor?

O primeiro aparelho a sugerir a possibilidade da máquina a vapor está descrito na Pneumática (Sobre o ar), do filósofo Heron de Alexandria (c.130 a.C.). Sua eolípila, embora rudimentar, aplicava os mesmos princípios da máquina a vapor atual. Apesar dessas referências remotas, a construção de uma máquina capaz de funcionar por si mesma durante um período de tempo considerável só ocorreu no século XVII. Em 1698, na Inglaterra, o capitão Thomas Savery apresentou um dos primeiros modelos bem-sucedidos de máquina a vapor para extrair água das minas. Em 1705, deu-se um passo adiante com a máquina de Thomas Newcomen - primeira a utilizar cilindro e êmbolo - , aperfeiçoada por Henry Beighton e John Smeaton.

Em 1763, James Watt, ao consertar um modelo da máquina de Newcomen, na Universidade de Glasgow, acabou por inventar seu próprio tipo, patenteado em 1769 e 1781, correspondente à máquina a vapor moderna. Em 1782, Watt patenteou novo modelo, uma máquina rotativa de ação dupla, que pela primeira vez permitiu o aproveitamento do vapor para impulsionar toda espécie de mecanismo. Criou-se assim o sistema das fábricas e acelerou-se a revolução industrial.

A máquina a vapor utiliza material combustível, como o carvão, para obter vapor d'água, que é mantido sob pressão e tem sua força utilizada para pôr em movimento um êmbolo ou pistão. Em quase todas as máquinas a vapor, o movimento retilíneo alternado do êmbolo se transforma em circular contínuo do eixo motor mediante um mecanismo biela-manivela, muito visível e característico nas antigas locomotivas por estar articulado diretamente sobre as rodas.

As máquinas a vapor experimentaram transformações radicais. Inventaram-se os mais variados tipos de disposição e quantidade de cilindros, incluindo pistões fixos com cilindros oscilantes ou rotativos. Durante anos foram insubstituíveis nas grandes indústrias, assim como no transporte marítimo e ferroviário.

Alguns automóveis a vapor chegaram a ser construídos, mas essas máquinas têm o inconveniente do excesso de peso e exigem abundante produção de vapor numa caldeira em que é difícil manter a combustão.

Caminhão a vapor Foden, 1916

Ônibus a vapor Thorneycroft, 1902

Posteriormente, os motores de combustão interna, como os diesel, passaram a ser os mais aplicados industrialmente. O vapor passou a ser usado em poucos casos, como nas turbinas de alta velocidade das Centrais Termoelétricas.

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“Nos séculos XVII e XVIII, as atividades de mineração eram severamente limitadas por problemas de inundação. Não é surpreendente, portanto, que algumas das primeiras tentativas de empregar o vapor fossem voltadas para a drenagem das minas. Nesse contexto, em 1712, depois de um prolongado período de experimentação, Newcomen desenvolveu uma máquina a vapor para bombeamento. Usando somente vapor e pressão atmosférica, a máquina de Newcomen estava em conformidade com a capacidade da engenharia da época. Além disso, era robusta, confiável e baseada em um princípio de funcionamento bastante simples. Conseqüentemente, uma vez instalada, podia trabalhar por um longo período e com custos de manutenção quase desprezíveis. Em razão dessas qualidades, as máquinas de Newcomen logo se tornaram de uso bastante difundido em mineração nas atividades do sistema hidráulico. Segundo G. N. von Tunzelmann, foi depois da invenção de Newcomen que a máquina a vapor se estabeleceu como o modelo tecnológico usado para drenagem de minas.

Porém a máquina de Newcomen tinha uma deficiência significativa: seu consumo de combustível era alto, em razão da necessidade de alternância de aquecimento e esfriamento do cilindro em cada ciclo operacional. Na mineração de carvão, em que o abastecimento era barato e disponível, o elevado consumo de combustível não foi uma grande limitação. Mas em outras áreas de mineração - principalmente na extração de cobre e estanho nas minas de Cornwall, onde o carvão tinha de ser importado do País de Gales e vinha pelo mar – esse alto consumo de combustível impediu uma maior difusão da máquina de Newcomen.

A partir do momento em que a madeira passou a ser extensivamente utilizada na fabricação das primeiras máquinas, começou a haver uma estreita ligação entre o desenvolvimento das máquinas que trabalhavam a madeira e o das máquinas e ferramentas que trabalhavam o metal, como os tornos, as plainas e as brocas. O ferro tornava-se, então, o material básico da Revolução Industrial.

Pouco se conhece sobre a fabricação das primeiras máquinas de Savery e Newcomen, mas existe uma quantidade considerável de registros sobre a fabricação das máquinas de Watt. Para produzir suas primeiras máquinas, Watt teve muita dificuldade em conseguir trabalhadores suficientemente precisos. Acabou recorrendo a habilidosos trabalhadores em metal empregados na fábrica de Boulton e na fábrica de John Wilkinson, na qual eram produzidas máquinas de cilindro perfurante. Esta última máquina é descrita como “provavelmente a primeira ferramenta de trabalho em metal capaz de fazer um trabalho duro como nenhuma outra”.

Para B. Hessem, não foi o desenvolvimento do motor e a invenção da máquina a vapor que criaram a Revolução Industrial do século XVIII. Na verdade, a máquina a vapor ganhou importância destacada porque a divisão do trabalho desenvolvida na manufatura e o aumento da produtividade possibilitaram a invenção de um instrumento de execução. A máquina a vapor, nascida na indústria da mineração, encontrou um campo já preparado para a sua aplicação como motor.

Como a máquina a vapor se transformou gradualmente em um fator importante da produção, passou-se a prestar atenção no que poderia torná-la mais econômica, reduzindo-se o gasto com vapor e conseqüentemente com água. A racionalização técnica da máquina a vapor converteu no problema central. Para a realização dessa tarefa, tornou-se imprescindível o estudo detalhado dos processos físicos que ocorrem na máquina.

Na Grã-Bretanha é onde se verifica inicialmente a ocorrência em maior intensidade desse processo de produção. O historiador David Landes aponta como causas para o fato o acúmulo de recursos materiais e intelectuais gerados ao longo dos séculos pelas práticas comerciais e a difusão dessas experiências, que fizeram com que ocorressem processos de modernização nas mais variadas estruturas da sociedade, tais como mudanças no sistema de governo, urbanização, transição geográfica e demográfica.

O aumento da produtividade não ocorria uniformemente em todos os setores da produção, o que criava a obrigatoriedade de procurar outras melhorias tecnológicas. O desenvolvimento da indústria mecânica concentrada em grandes unidades produtoras teria sido impossível sem uma fonte de energia maior do que podiam oferecer as forças humana e animal e que independesse dos caprichos da natureza. A solução foi encontrada num novo transformador de energia - a máquina a vapor - que dependia da exploração, em escala extraordinária, do carvão como fonte de energia.

A máquina a vapor foi fruto de uma série de aperfeiçoamentos das bombas hidráulicas usadas nas minas de carvão, principal fonte de energia na época. Nas proximidades das áreas ricas em carvão, inclusive, foi onde surgiram as primeiras indústrias na Inglaterra.

O sistema fabril não teria tido tão grande importância sem o aperfeiçoamento da máquina a vapor. As rodas hidráulicas eram vagarosas e nem sempre dispunham de cursos de água com força suficiente para movê-las. Outras formas de energia foram experimentadas, com resultados menos satisfatórios. O tear mecânico original, inventado por Cartwritgh, era movido por uma vaca, ao passo que seus sucessores empregaram cavalos e até cachorros.

O desenvolvimento de máquinas a vapor como uma fonte conveniente de energia produzida por movimento rotacional e a competição entre máquinas de vapor de alta e baixa pressão implicavam em questões de eficiência. O ideal de aproveitamento total da energia não podia ser obtido pela transformação de águaem vapor. Aqui, a eficiência era medida pelo trabalho feito pelo consumo de um alqueire de carvão. Em lugares distantes de uma área de mineração de carvão isto teve importância comercial. Watt, pioneiro neste tipo de medida e em avanços no projeto de máquina a vapor, enfatizou ainda mais sua importância.

Os empreendimentos industriais eram obviamente significativos para a origem de muitas parcerias no final do século XVIII. Novas inovações ligaram a promoção da ciência com os ofícios práticos.

Os esforços para relacionar a mecânica da ciência com os movimentos das máquinas podem ser vistos nas disputas do início do século XVIII, quando existia um debate sobre medidas e conceitos que agora reconhecemos como impulso (m.v) e energia cinética (1/2 m.v). Na primeira metade do século ocorriam numerosas tentativas para estabelecer empiricamente os conceitos defendidos pelos rivais do newtonianismo e os vários dispositivos que eram construídos para demonstrar publicamente as medidas de impacto.

O poder mecânico das máquinas do século XVIII estava tanto na transformação das forças naturais quanto no compartilhamento e transferência do conhecimento de um local para outro. As idéias mecânicas foram a base da mensagem do domínio da natureza propagada nas conferências científicas dadas em clubes, sociedades, salões e teatros ao longo desse século na Inglaterra. O crescente número de demonstrações fez a máquina tornar-se um elemento de promoção pessoal. Poder demonstrar por que algumas máquinas funcionavam e outras não era um ingresso para a fama e para a fortuna ansiosamente explorado por conferencistas.

Para Stewart, os filósofos naturais e os engenheiros civis mais antigos sabiam das conseqüências financeiras relacionadas a máquinas que freqüentemente deixam de trabalhar de modo correto ou eficaz. Por isso, existia muita preocupação por parte daqueles que projetaram as primeiras máquinas a vapor em garantir que os benefícios fossem assegurados. Um conhecimento profundo dos princípios científicos fundamentais era, assim, imprescindível para gerar um nível aceitável de confiança e conseqüentemente assegurar a viabilidade econômica de novos empreendimentos. Tais argumentos eram repetidamente apresentados por engenheiros no início do século XVIII. Preveniam que somente seriam confiáveis as máquinas em que a teoria e prática estivessem juntas. Ainda segundo Stewart, John Theophilus Desaguliers, o conferencista científico mais bem-sucedido do século, autor de vários trabalhos em mecânica e de muitos artigos filosóficos, estava profundamente mergulhado em projetos mecânicos para aplicação industrial. Ele dedicou grandes esforços para explorar e ocasionalmente melhorar dispositivos mecânicos como a roda d’água, a máquina a vapor e guindastes. Para os filósofos naturais como ele, o mundo estava cheio de oportunidades para o desenvolvimento dos princípios econômicos do trabalho e força. Esse entendimento tinha em vista a produção de uma máquina que seria usada para demonstrar a medida do trabalho útil feito por esforços individuais para erguer uma dada quantidade de água por seu peso. Qualquer conceito de força teve de ter seus limites, como o princípio da inércia corretamente definido. Porém os filósofos naturais interessados em aplicações industriais estavam descobrindo como medir forças que poderiam ser precisamente definidas e regulamentadas. O objetivo era construir uma máquina para revelar a medida de força, mas em última instância determinar o significado de força.

A tecnologia da máquina foi importante para a promoção da ciência no início do mundo moderno. Segundo Stewart, isto é melhor revelado na carreira de John Smeaton, que foi eleito para integrar a Royal Society em 1753 não pela sua reputação como mecânico, mas como fabricante de “instrumentos filosóficos”. Inevitavelmente a eleição produziu um impacto na imagem da prática experimental. As melhorias de Smeaton nas bombas de ar foram tão significativas que o químico Joseph Pristley obteve grande vantagem com o emprego delas em suas experiências com o peso específico do ar.

Na época, os princípios de operação mecânica eram escondidos até mesmo daqueles que operavam as máquinas. As teorias eram pequenas durante a fase de construção. Foram feitas exageradas distinções entre teoria e prática mecânica na associação equivalente entre artesão e filósofo. Para John Smeaton, tornou-se fundamental que a fase de projeto fizesse corretamente a unificação necessária do princípio conceitual e experiência. Ele desenvolveu modelos de máquinas nos quais foi cauteloso por razões bastante práticas e reconhecia que as diferenças de escala certamente alterariam o funcionamento das máquinas reais. Relatou suas experiências para a Royal Society em 1759 de forma que as deduções feitas em prática real poderiam ser testadas numa variedade de casos. Smeaton confirmou seus resultados experimentais com anos de experiência e acreditou que suas conclusões teóricas seriam suficientes para regular a construção prática desses tipos de máquinas.

A maioria das pessoas dirá que a máquina a vapor foi inventada por James Watt. Mas, isto parece estar longe de corresponder à realidade. Como no caso de todas as outras grandes invenções e descobertas, o advento da máquina a vapor aconteceu depois de séculos de contribuições e trabalhos de numerosos cientistas, engenheiros e até escritores. Ela surgiu de uma compilação do trabalho e de teorias que levaram séculos para ser desenvolvidas.”

Qual foi a contribuição da máquina a vapor na primeira Revolução Industrial?

Uma das primeiras utilizações da máquina a vapor foi para fabricação de tecidos. Graças a essas máquinas, a produção de mercadorias aumentou muito e o lucro dos donos das fábricas também . As fábricas se espalharam rapidamente e provocaram mudanças profundas no modo de vida e na mentalidade de milhões de pessoas.

Qual a importância das máquinas para a Revolução Industrial?

As máquinas foram inventadas, com o propósito de poupar o tempo do trabalho humano. Uma delas era a máquina a vapor que foi construída na Inglaterra durante o século XVIII. Graças a essas máquinas, a produção de mercadorias ficou maior e os lucros também cresceram.

O que foi a máquina a vapor na Revolução Industrial?

Em 1698, mais de mil anos após a máquina de Heron, surgiu a primeira máquina a vapor de interesse industrial, elaborada por Thomas Savery, um engenheiro militar inglês. Essa máquina tinha por objetivo retirar água dos poços de minas de carvão, porém poderia explodir devido à utilização de vapor a alta pressão.

Qual foi o papel das máquinas a vapor?

As primeiras máquinas a vapor eram estacionárias e utilizadas para bombear água, e os mesmos princípios foram utilizados em maquinários industriais. A invenção e utilização de máquinas a vapor foi extremamente importante para a 1ª Revolução Industrial.