A máquina a vapor: Newcomen e Watt

O condensador separado de James Watt, patenteado em 5 de janeiro de 1769, permitia que a máquina a vapor fizesse o mesmo trabalho queimando cerca de dois terços menos carvão.

Água nas minas

Por volta de 1700, a Grã-Bretanha queimava cada vez mais carvão, e as camadas fáceis, perto da superfície, estavam se esgotando. As minas mais profundas se enchiam de água, e bombeá-la com cavalos era lento e caro. Em 1698, Thomas Savery patenteou uma bomba a vapor que chamou de Amigo do Mineiro, mas ela não elevava a água muito alto e suas caldeiras eram perigosas. Thomas Newcomen, um comerciante de ferragens de Dartmouth, em Devon, encontrou um jeito melhor. Em 1712, ele e seu sócio John Calley construíram uma máquina para bombear água das minas de carvão de Coneygree, perto de Dudley, nas West Midlands. Ela é geralmente aceita como a primeira máquina a vapor bem-sucedida desse tipo, e uma réplica funcional em tamanho real hoje opera no Black Country Living Museum, na mesma propriedade.

Como funcionava a máquina de Newcomen

A máquina de Newcomen usava o peso do ar, e não o empurrão do vapor. O vapor de baixa pressão da caldeira enchia um grande cilindro sob um pistão. Em seguida, um jato de água fria era borrifado dentro do cilindro. O vapor se condensava em algumas gotas de água, deixando um vácuo parcial, e a pressão da atmosfera, do lado de fora, empurrava o pistão para baixo. O pistão era preso por uma corrente a uma ponta de um enorme balancim de madeira; quando ele descia, a outra ponta subia e erguia uma haste de bomba no poço da mina. O vapor entrava de novo, o peso da haste puxava o balancim de volta, e o ciclo se repetia cerca de doze vezes por minuto. Como o vapor tinha pressão tão baixa, havia pouco risco de a caldeira estourar. Na época da morte de Newcomen, havia mais de cem máquinas dele na Inglaterra e outras na Europa.

O problema que Watt enxergou

James Watt era fabricante de instrumentos matemáticos e tinha uma oficina na Universidade de Glasgow, onde o químico Joseph Black se tornou seu amigo e mentor. No inverno de 1763 para 1764, pediram a ele que consertasse o pequeno modelo de máquina de Newcomen da universidade, que vivia falhando. Watt descobriu que cerca de 80 por cento do calor do vapor era gasto só para reaquecer o cilindro depois que cada jato de água fria o esfriava. A solução, que ele elaborou até 1765, era condensar o vapor em outro lugar. Um condensador separado, mantido sempre frio e ligado ao cilindro por um tubo, puxava o vapor e o transformava em água, enquanto o cilindro continuava quente. Em 5 de janeiro de 1769, Watt recebeu uma patente por «um novo método de reduzir o consumo de vapor e de combustível nas máquinas a fogo». O Science Museum a considera a maior melhoria isolada já feita na máquina a vapor.

Boulton e Watt

Transformar um modelo em uma máquina de verdade levou anos e dinheiro. Em 1774, Watt se mudou para Birmingham e, em 1775, associou-se ao industrial Matthew Boulton, cujas oficinas de Soho tinham os operários especializados em trabalhar o ferro de que Watt precisava. As primeiras máquinas de Boulton e Watt começaram a funcionar em 1776: uma bombeava água de uma mina de carvão perto de Tipton e outra soprava ar para a siderúrgica de John Wilkinson, em Broseley. A partir de 1777, muitas foram vendidas às minas de cobre e estanho da Cornualha, onde o carvão era caro e economizar combustível importava mais. As máquinas com o condensador de Watt queimavam cerca de dois terços menos carvão que as de Newcomen. Watt então projetou maneiras de transformar o movimento de sobe e desce do balancim em rotação, de modo que as máquinas pudessem acionar equipamentos de fábricas, cervejarias e siderúrgicas, e não só bombas. A patente de Watt durou até 1800 e, quando expirou, outros fabricantes correram para usar o condensador separado. Hoje a unidade de potência, o watt, leva o nome dele.