Navio a vapor – Sala de máquinas

Máquinas

Denominamos máquinas a vapor a um conjunto de equipamentos, como: cilindros, pistons, bielas, eixo e outras peças, que transformam a energia térmica do vapor gerado nas caldeiras, em energia mecânica que faz girar um eixo que movimenta rodas, manivelas, polias, hélice ou outro mecanismo, que se deseja movimentar.
A propulsão a vapor foi utilizada com muito êxito para impulsionar as fábricas do início da revolução industrial, carros, locomotivas, tratores, moinhos e finalmente navios, onde o mecanismo fazia girar uma roda de pás ou um hélice de propulsão.
Os primeiros navios a vapor surgiram em 1801, mas foi somente no meio do século XIX que eles se tornaram economicamente viáveis para utilização no comércio ou nas marinhas de guerra, substituindo definitivamente as velas como forma de propulsão principal.

O conjunto de máquinas, talvez seja o mecanismo que mais rápido se alterou ao longo de seu curto tempo na história da navegação. Desta forma, elas servem de ótimo indicador do período de construção para a datação dos naufrágios.
Em função da grande variedade de modelos, abordaremos apenas alguns tipos mais comuns de máquinas, sem nos atermos em suas variações.

Histórico

ANO    ACONTECIMENTO                                                   NAVIO           INVENTOR

1770    1º Máquina a vapor                                                                      James Watt
1783    1º Navio a vapor                                                       Pyroscaphe               
1807    1º Navio a vapor Comercial (propulsão mista)  Clermont  
1818    1º Navio a vapor a atravessar o Atlântico           Savanah  
1829    1º Navio a vapor com hélice                                  Diana 
1854    1ª Máquina composta (*)
1886    1ª Caldeiras de Alta Pressão                                  Propontes 
1897    1º Navio com turbina agás                                     Turbinia  
1897    1º Máquina a diesel                                                                       Rudolph Diesel
1900    Navios Comerciais com propulsão única  
1910    1º Navio a diesel  

(*) 1854 Elder inventa as máquinas a vapor de cilindro duplo.
1880 Elder desenvolve as máquinas de tripla expansão.
1890 As máquinas de expansão quádrupla são desenvolvidas.

Como funciona um navio a vapor

O funcionamento geral das máquinas a vapor é muito simples. O vapor em alta pressão é gerado pela queima do carvão nas caldeiras. Delas, o vapor é impulsionado, através de tubulações de cobre ou latão até o cilindro das máquinas (pode haver mais de um cilindro).
Esse cilindro recebe o vapor através de uma válvula de admissão. A pressão do vapor, ao entrar no cilindro, força o pistão para baixo aumentando o volume do cilindro. O pistão é formado por um disco de diâmetro igual ao do cilindro e possui juntas de vedação que impedem perdas de vapor pelas laterais.
Preso a parte inferior do pistom, está uma haste metálica chamada biela. Ela sai pela parte debaixo do cilindro e durante o abaixamento do pistom é empurrada para baixo. A medida que o pistão desce, o cilindro aumenta de volume e a pressão do vapor diminui.

Ao chegar na parte mais baixa de seu ciclo, o pistom abre uma válvula por onde escapa o vapor.
A pressão do cilindro cai, ao mesmo tempo, um sistema de contra-pressão, empurrar de volta a biela para o alto, o que faz com que o pistom volte a posição inicial no alto do cilindro, abrindo novamente a válvula de admissão de pressão da caldeira.
O ciclo de subida e descida da biela permite, graças a uma junção articulada chamada girabrequim, rodar o eixo excêntrico.
O eixo excêntrico é forjado em ângulos, fixando as várias bielas em posições diferentes da circunferência do eixo. Deste modo, quando uma biela está na parte de cima a outra está em baixo e vice versa, mantendo os cilindros em pontos diferentes do ciclo de compressão. O eixo excêntrico é ligado ao sistema de propulsão de roda de pás ou hélice, que impulsionarão a embarcação.
Ao passar pelos cilindros o vapor, já em baixa pressão, é encaminhado para um cilindro de grande volume chamado de condensador ou câmara de condensação. Ao penetrar nesse cilindro de grande volume, o vapor dilata, sofre queda de temperatura e acaba por tornar-se líquido (condensação). A água formada no condensador é bombeada de volta as caldeiras por uma bomba d’água, impulsionada também pelas máquinas, reiniciando o ciclo de água e vapor.

Tipos de máquina a vapor

Side lever engine
 Foi utilizada nas primeiras máquinas a vapor, para impulsionar uma ou duas rodas de pás. Era uma máquina muito simples, formada por um ou dois cilindros sem ligação direta. O cilindro está localizado na parte de baixo. O ciclo deixa subir uma biela que comunica-se diretamente com uma alavanca na lateral do cilindro (o que dá nome ao sistema). Da alavanca outra haste comunica-se com o eixo excêntrico através de um girabrequim.
O mecanismo ocupava grande área útil na embarcação, para a baixa potência que era gerada, sendo por isso gradativamente substituído a partir de 1850.
Máquinas como essa podem ser encontradas no Vapor de Baixo, em Recife, PE.

Direct acting engine
Esse maquinário, mais compacto e eficiente, veio sistematicamente substituindo, nos novos navios, o Side Level Engine. O mecanismo consistia de dois cilindros (em ciclos alternados) interligados por uma alavanca de comunicação móvel na extremidade das bielas. Desta alavanca um eixo com virabrequim movia o sistema de rodas de pás.
Outros sistemas também são movidos a partir da alavanca central, como a bomba d’água.
Máquinas como essa podem se encontradas no Vapor Califórnia, na Ilha Grande, RJ.

Oscilating engine
Uma das mais compactas máquinas que impulsionavam rodas de pás. Foi utilizada a partir de 1850. Era composta por dois cilindros suspensos, presos a estrutura do navio por um eixo móvel. Os dois cilindros, presos ao eixo por seu centro, oscilavam seu ângulo em relação ao navio durante o giro das máquinas, estando posicionados no final do ciclo em posições inversas.
A variação dos ângulos dos cilindros e bielas durante o giro do eixo excêntrico, permitia uma diminuição da vibração no navio. A fragilidade do mecanismo fez com que este tipo de máquina tivesse uma curta utilização na história naval.
Máquinas como essa podem ser encontradas no Pirapama, Recife, PE. e no Salvador, Jauá, BA.
Compoud engine
Neste tipo de mecânica a expansão do vapor era conduzida em estágios, o que permitia melhor aproveitamento do vapor, com economia de combustível e melhor desempenhos das máquinas.
O vapor, em alta pressão, é admitido em um cilindro de baixo volume, produzindo aí seu efeito de movimento, como já descrito. Deste cilindro, ele é liberado, expandindo-se em cilindros sucessivamente de maiores volumes (cilindros de alta, média e baixa pressão). Com isso, é conseguido menor esforço do maquinário pois a força é aplicada em todo o ciclo de movimento. Há aumento da regularidade do movimento, menor vibração e melhor desempenho das máquinas, devido ao melhor aproveitamento do vapor.
O número de cilindros dá o nome específico ao tipo de máquina composta, mais frequentemente, existem: dois, três ou quatro cilindros, sendo chamadas respectivamente de Double, Triple ou Quadruple Expansion Engine.
Máquinas como essa podem ser encontradas no naufrágio do Tocantins, Queimada Grande, SP.

          Double Expansion Engine                      Triple Expansion Engine   

Outras funções do vapor

A maioria dos mergulhadores associa o vapor e as caldeiras com a propulsão do navio. Porém, uma série de outras funções era suprida nos navios a vapor por esse tipo de produção de energia. Entre outros estão, o funcionamento dos guinchos das âncoras, bombas d’água, guindastes de paus-de-carga, produção de água quente, controle do leme e até mesmo a famosa buzina.
Para transportar esse vapor por todo o navio, um grande conjunto de tubulações era organizado e alguns registros distribuídos por pontos estratégicos da embarcação.
Em muitas embarcações, além de duas ou mais caldeiras principais, possuíam uma caldeira menor, chamada de caldeira de serviço, estava presente para cumprir essas tarefas.

Outras máquinas

Quando as máquinas a vapor tornaram-se eficientes e confiáveis; capazes de resistir a muitas horas de trabalho ininterrupto, sem quebras e com bom desempenho começou uma nova linha de mudanças, que visavam agora, alterar a configuração e posicionamento das máquinas de modo a que elas ocupassem o menor espaço possível dentro da embarcação, para que uma maior quantidade de carga fosse admitida.
Nessa busca incessante por mais espaço, surgiram máquinas diagonais e horizontais, que se posicionavam no fundo da embarcação, deixando grande quantidade de espaço para a carga útil do navio.
Máquinas diagonais podem ser encontradas no naufrágio do Harlingen, Arraial do Cabo, RJ. e as do tipo horizontal no naufrágio Eleni Stathatos, em Fernando de Noronha.
Além dos principais tipos de máquinas, que foram modelos e padrão em suas épocas, diversas outras configurações de máquinas foram projetadas e construídas e muitas vezes aplicadas em dezenas de embarcações, com pequenas ou grandes alterações de um projeto para outro.
Algumas delas foram utilizadas exclusivamente em um tipo de embarcação ou por um único estaleiro, estando restritas a navios de uma mesma procedência, são exemplos dessas máquinas os tipos: Trunk engine e Horizontal Engine.

                Trunk Engine                            Horizontal Engine                      Sinal manual para máquinas

Dicas de Mergulho

• Tipo e período do navio: Se as máquinas presentes nos destroços não coincidem com a descrição original de pesquisa pode não ser o navio que se espera. É razoavelmente comum ocorrer à identificação errônea de um casco, quando muito tempo do naufrágio já ocorreu, principalmente se existem dois cascos na mesma região. As características dos destroços conhecidos como Parana em Jauá, BA., não coincidem com as características do navio Paraná. Contudo, o mais comum, é que tenha ocorrido uma substituição do maquinário durante a vida útil do navio.
• Posição do naufrágio:Quando após as máquinas não existem outras peças, isso só pode ser sinal de que o navio esta partido. Lembre-se porém que não necessariamente a outra parte do navio existe. Ela pode não ter afundado, como o Magdalena, Rio de Janeiro, RJ. ou estar tão afastadas uma da outra que a natação não é possível – Bellucia, Guarapari, ES.
  As máquinas são a parte mais pesada do navio, por isso, quando um grande choque ocorre e normalmente nesta parte que o navio parte-se.
• História dos destroços: Quando encontramos as máquinas corretamente apoiadas no fundo perfeitamente em pé, é claro sinal de que o navio desmantelou, mantendo sua correta posição no fundo – Eire (Queimado), João Pessoa, RJ.
  Máquinas caídas fora do conjunto dos destroços, indicam que o navio adernou antes de iniciar o processo de desmonte. Para verificar se as máquinas continuam em sua posição original verifique a continuidade com o sistema de reversão e o eixo.
  Se as máquinas estão faltando, três coisas podem ter ocorrido. Primeiramente pode ser uma embarcação sem máquinas, como veleiros e Alvarengas, como o Carvão, Salvador, BA.
  As máquinas podem ter sido retiradas por trabalhos de savatagem – Bezerra de Menezes, Angra dos Reis, RJ. Verifique se a base parece integra ou mostra sinais de quebra violenta, neste caso; o navio pode estar partido e as duas seções estão afastadas mais do que a visibilidade local. Faça uma busca semi circular.