It’s All About Steam.
For séculos, o homem tinha tentado aproveitar o poder mecânico do calor e da água. Já em 200 AC, no seu Pneumatica, Hero of Alexandria descreveu um dispositivo chamado Aeolipile, considerado como o primeiro motor a vapor registado. Uma bola contendo água foi montada sobre um caldeirão e, ao aquecer, dois tubos salientes e dobrados dispararam jactos de vapor, provocando o giro da bola. Muitos destes dispositivos foram concebidos nos séculos seguintes, quando os cientistas estudaram os princípios da hidráulica, pneumática, e as propriedades dos gases, mas estes dispositivos não realizavam um trabalho real. Só no século XVIII na Grã-Bretanha é que o motor a vapor começou a mudar não só a face da indústria, mas também a relação da humanidade com o trabalho e a sociedade.
Água é fervida para criar vapor que empurra para cima sobre um pistão num cilindro. A haste do pistão é ligada a uma viga transversal e à medida que o pistão sobe, o peso de uma haste da bomba pendurada na extremidade oposta da viga puxa para baixo. Quando o pistão atinge o topo do cilindro, um jacto de água é injectado no cilindro de pistão causando a condensação do vapor, sugando o pistão de volta para baixo. A água de arrefecimento é drenada e o ciclo repete-se indefinidamente.
Em 1712, Thomas Newcomen e o seu assistente John Cally revelaram o primeiro motor a vapor comercialmente viável. O motor atmosférico Newcomen utilizava vapor para alimentar uma bomba. Embora não fosse muito eficiente, centenas destes motores foram utilizados para bombear água de minas de carvão britânicas e áreas inundadas.
Nos finais do século XVIII, James Watt, o homem que acabaria por ser chamado o pai do motor a vapor, melhorou grandemente a eficiência do motor estacionário quando patenteou um motor de “dupla acção” que utilizava vapor de alta pressão em ambos os lados do pistão para duplicar a saída. As suas patentes incluíam também dispositivos auxiliares tais como manómetros de pressão, válvulas de acelerador, e reguladores de vapor. Em parceria com o fabricante Matthew Boulton, as melhorias e invenções de Watt impulsionaram a revolução industrial.
Apois das melhorias de Watt, muitos inventores tentaram adaptar o motor a vapor aos modos de transporte, tanto em terra como na água. Atingir a força motriz do vapor permitiria, pela primeira vez na história, ao homem viajar em terra a uma velocidade mais rápida do que a do cavalo domesticado.
br>Trevithick’s Tramroad Locomotive Em 1802, Richard Trevithick patenteou um “motor de alta pressão” e criou o primeiro motor de locomotiva movido a vapor sobre carris. Trevithick escreveu em 21 de Fevereiro de 1804, após o ensaio do seu Motor de Eléctrico de Alta Pressão, que “transportava dez toneladas de Ferro, cinco vagões, e 70 Homens…acima de 9 milhas…em 4 horas e 5 Mints”. Embora tenha sido uma viagem pesada, foi o primeiro passo para uma invenção que iria mudar completamente a relação do homem com o tempo e o espaço.
George Stephenson e o seu filho, Robert, construíram a primeira locomotiva a vapor prática. Stephenson construiu o seu “motor de viagem” em 1814, que foi utilizado para transportar carvão na mina de Killingworth. Em 1829, os Stephensons construíram a famosa locomotiva Rocket, que utilizava uma caldeira multitubo, uma prática que continuou em sucessivas gerações de motores a vapor. A Rocket venceu a competição nos ensaios Rainhill Trials realizados para resolver a questão de saber se era melhor mover vagões ao longo dos carris por máquinas a vapor fixas utilizando um sistema de roldanas ou utilizando máquinas a vapor de locomotivas. O Rocket ganhou o prémio de £500 com a sua velocidade média de 13 milhas por hora (sem puxar uma carga, o Rocket atingiu velocidades até 29 milhas por hora), batendo Braithwaite e a Novidade de Erickson e Timothy Hackworth’s Sans Pareil. Os Stephensons incorporaram elementos nos seus motores que foram utilizados nas gerações seguintes de motores a vapor.
br>Stephenson’s Patent Locomotive Engine A primeira locomotiva a operar numa ferrovia americana foi a Stourbridge Lion, construídas em 1828 e importadas de Inglaterra por Horatio Allen de Nova Iorque, as locomotivas britânicas não chegaram a dominar os caminhos-de-ferro americanos porque eram demasiado pesadas para os carris americanos relativamente leves e frequentemente irregulares. De facto, o Leão foi logo relegado a funcionar como uma locomotiva a vapor estacionária.
Os inventores e engenheiros americanos tinham estado numa rota paralela com os britânicos e, já em 1812, John Stevens tinha feito uma petição ao Congresso para apoiar uma ferrovia nacional. Ele tinha também construído a primeira locomotiva a vapor americana em 1825. Uma locomotiva de caldeira multitubo, funcionava numa via de demonstração circular na sua propriedade em Hoboken, Nova Jersey. Embora não tenha tido sucesso em obter apoio financeiro para uma ferrovia nacional ou para a sua locomotiva, Stevens fundou mais tarde uma das primeiras ferrovias da América, a Camden & Amboy Railroad.
Peter Cooper’s Tom Thumb, construída em 1830, foi a primeira locomotiva americana a puxar um vagão de passageiros numa ferrovia. Embora pequena, era suficientemente potente para convencer os directores dos caminhos-de-ferro de Baltimore e Ohio da aplicação prática da locomotiva a vapor.
br>Best Friend of Charleston A distinção de ser o primeiro a puxar um comboio de vagões sobre uma ferrovia americana em serviço regular vai para o Best Friend of Charleston em 1831. Desenhado por E. L. Miller e construído em Nova Iorque, o Best Friend operou durante quase seis meses até a sua caldeira explodir quando um trabalhador, que estava irritado com o som do vapor sibilante, amarrou uma válvula de segurança.
O ano de 1831 também viu Matthias Baldwin estabelecer a Baldwin Locomotive Works. O seu segundo motor a vapor, o E.L. Miller, estabeleceu o protótipo a partir do qual mais tarde se desenvolveram os motores. No final do século XIX, a empresa de Matthias Baldwin tornou-se o maior construtor de locomotivas mono-planta do mundo e dominou o mercado durante mais de cem anos, fabricando aproximadamente 59.000 locomotivas.
As primeiras locomotivas foram construídas com rodas fixas, que funcionaram bem em vias rectas mas não tão bem no terreno montanhoso da América. Um engenheiro civil americano, John Jervis, concebeu a locomotiva a Experiência em 1832, que tinha um camião guia giratório de quatro rodas, também conhecido como “bogie”, que podia seguir a via e permitir que as locomotivas viajassem em vias férreas com curvas mais apertadas.
br>Locomotive America construída pela Grant Locomotive Works, de Paterson, N. J., para a Exposição de Paris de 1867, uma locomotiva americana padrão 4-4-0 de meados do século XIX. O piloto, ou “apanhador de vacas”, era único para as locomotivas americanas. As linhas ferroviárias não eram vedadas e as companhias ferroviárias eram responsáveis por qualquer dano causado por uma colisão com um animal, o que poderia fazer descarrilar uma locomotiva. A John Bull, por volta de 1833, foi uma das primeiras locomotivas na América a ser equipada com tal dispositivo para eliminar obstáculos fora dos carris. Em breve, os pilotos tornaram-se aparelhos padrão para as locomotivas americanas.
Locomotivas podiam ser configuradas de várias maneiras, categorizadas pela disposição das rodas do camião líder, das rodas motoras, e do camião rebocador. A configuração 4-4-0 (ou seja, quatro rodas no camião principal e quatro rodas motoras, sem camião rebocador), era mais comum nos EUA e passou a ser conhecida como a Norma Americana. As locomotivas que se encontraram na Promontory Summit, a Júpiter da Central Pacific e a Union Pacific’s Engine No. 119, eram ambas locomotivas 4-4-0.
American manufacturers produced locomotives equal in capacity to British engines, but at lower cost. Apesar de os motores americanos terem sido elaboradamente decorados com trabalho de latão caro e os custos de mão-de-obra terem sido mais elevados do que na Grã-Bretanha, os fabricantes americanos reduziram os custos utilizando ferro fundido menos caro em vez de ferro forjado para muitos componentes. Os caminhos-de-ferro americanos começaram por utilizar locomotivas importadas da Grã-Bretanha, mas no final do século XIX, a América era um grande produtor de locomotivas e tinha exportado mais de 2.900 motores.
Não é exagero dizer que a potência do vapor e as locomotivas tiveram o mesmo efeito transformador no século XIX que o computador teve no século XX. Robert Thurston, no seu livro de 1878 sobre a história da locomotiva a vapor, disse que seria “supérfluo tentar enumerar os benefícios que conferiu à raça humana, pois tal enumeração incluiria um acréscimo a todo o conforto e a criação de quase todo o luxo de que agora desfrutamos”