Locomotiva a vapor: como o vapor gira as rodas e o modelo

Uma locomotiva a vapor é uma caldeira sobre rodas. O fogo na fornalha, ou seja, num forno fechado na extremidade traseira da caldeira, aquece a água, que se transforma em vapor. O vapor sob pressão entra nos cilindros dos lados da máquina e empurra o êmbolo alternadamente para a frente e para trás. Através da biela motriz, uma barra comprida presa fora do centro da roda, o êmbolo faz girar a grande roda motriz, tal como o pé no pedal faz girar a manivela de uma bicicleta.

Numa locomotiva a vapor, este movimento costuma ver-se de fora: os cilindros, as bielas e as barras que ligam as rodas trabalham na lateral da máquina. Também por isso é um ótimo original para modelos, sobretudo quando a máquina tem uma história famosa. Entre elas estão, por exemplo, a Rocket de Stephenson, de 1829, cujas soluções foram adotadas por quase todas as locomotivas a vapor posteriores, e a britânica Mallard, que em 1938 estabeleceu um recorde de velocidade das locomotivas a vapor ainda hoje válido. Um modelo mostra-te a forma e o movimento da máquina real, mas as rodas giram com a tua mão ou com um mecanismo de corda, não com vapor.

Como o vapor faz girar as rodas da locomotiva

Na locomotiva, o vapor percorre um único caminho do fogo até à chaminé, e em cada troço trabalha uma parte diferente da máquina. Quando conheces a ordem, encontras estas peças na fotografia de uma locomotiva real e também no modelo:

1. Fornalha e caldeira. O fogueiro põe carvão na fornalha. Os gases quentes do fogo atravessam a caldeira por muitos tubos rodeados de água. A água rodeia também a própria fornalha, por isso recebe calor de uma grande superfície e transforma-se em vapor.
2. Domo de vapor e regulador. O vapor junta-se acima do nível da água, muitas vezes numa saliência redonda no topo da caldeira chamada domo de vapor. Lá dentro costuma estar o regulador, uma válvula com que o maquinista deixa passar o vapor para os cilindros e assim controla a força da máquina.
3. Cilindro e gaveta. Em cada lado da locomotiva há um cilindro com um êmbolo. Uma válvula deslizante, chamada gaveta, deixa entrar vapor fresco alternadamente à frente e atrás do êmbolo e, ao mesmo tempo, deixa sair o vapor usado do outro lado do êmbolo. Por isso o êmbolo empurra nos dois sentidos, para a frente e para trás.
4. Cruzeta e biela motriz. Do êmbolo sai a haste, uma barra que termina numa cruzeta que desliza numa guia reta. À cruzeta está ligada a biela motriz, e a outra ponta assenta num moente fora do centro da roda motriz. É precisamente aqui que o movimento retilíneo do êmbolo se transforma na rotação da roda.
5. Bielas de acoplamento. As rodas motrizes de um lado são ligadas por uma barra horizontal, a biela de acoplamento. Graças a ela giram todas ao mesmo tempo, e a força da máquina reparte-se por mais rodas, que assim aderem melhor ao carril.
6. Escape e chaminé. O vapor usado sai dos cilindros para a caixa de fumo, a parte da frente da caldeira por baixo da chaminé, e sobe com força pela chaminé através de um bocal estreito. Arrasta consigo os gases da caldeira e assim aspira ar fresco através do fogo. Quanto mais a locomotiva trabalha, mais forte é a tiragem e melhor arde o fogo.

Uma locomotiva com dois cilindros tem as manivelas dos lados esquerdo e direito desfasadas um quarto de volta. Quando a biela de um lado está em linha com o moente da roda, no chamado ponto morto, não consegue fazer girar a roda. O outro lado está então longe do ponto morto e faz girar a roda, por isso a locomotiva arranca em qualquer posição das rodas. Numa volta da roda, os dois êmbolos recebem juntos quatro doses de vapor e da chaminé saem quatro golpes de escape, que ouves como um resfolegar rítmico.

As gavetas são movidas pela distribuição, um conjunto de barras e alavancas na lateral da máquina entre a roda motriz e o cilindro. Com ela o maquinista muda o sentido de marcha e define durante quanto tempo, num curso do êmbolo, o vapor fresco entra no cilindro. No arranque deixa-o entrar mais tempo, para que a máquina tenha a maior força de tração possível. Em andamento deixa-o entrar menos tempo, e o resto do trabalho é feito pelo vapor que se expande no cilindro. Assim a locomotiva poupa carvão e água.

A locomotiva leva o carvão e a água ou num tênder, um vagão separado engatado logo atrás da cabina do maquinista, ou, nas máquinas mais pequenas, em depósitos diretamente na locomotiva. O vapor da caldeira não move só as rodas, mas também o apito, o compressor dos travões e a bomba que repõe a água na caldeira.

Que locomotivas serviram de modelo e porquê

Rocket, Flying Scotsman, Mallard e Albatros saíram todas como modelos para ferromodelismo. Cada uma entrou na história dos caminhos de ferro pelo que mudou, por um recorde ou pelo tamanho, e de cada uma conserva-se pelo menos um exemplar, por isso também podes ver o original ao vivo. Além disso, reconheces cada uma pela forma:

A disposição das rodas é para uma locomotiva algo como uma assinatura. Na Grã-Bretanha e na América escreve-se pelo número de rodas: a Flying Scotsman e a Mallard são ambas 4-6-2, ou seja, quatro rodas à frente, seis motrizes e duas atrás. Na Europa continental contam-se os eixos, ou seja, os pares de rodas. Um algarismo indica eixos sem tração, uma maiúscula eixos motores (A um, B dois, C três, D quatro) e uma pequena plica (′) depois de um sinal indica que os eixos estão num bogie. As duas máquinas britânicas são, assim, 2′C1′ e a Albatros 2′D1′. No modelo contas os eixos em poucos segundos e sabes logo a que tipo se assemelha.

Rocket, Flying Scotsman e Mallard saem como modelos há décadas, e a história de cada uma cabe numa frase: a locomotiva que definiu como se construiriam as locomotivas a vapor, as primeiras 100 milhas por hora oficiais, a locomotiva a vapor mais rápida do mundo. A Eslováquia tem a sua história na Albatros. Das quinze máquinas conservam-se três, e uma delas, a 498.104, está na Eslováquia, onde é cuidada pelo Albatros klub de Bratislava.

O que o modelo mostra da máquina real e o que simplifica

Um modelo de madeira mostra a forma e o movimento de uma locomotiva, não a sua força. Não tem fogo nem vapor, por isso o movimento vai no sentido contrário: as rodas giram com a tua mão ou com um mecanismo de corda e, se o êmbolo se mexe, são as rodas que o empurram através da biela. Numa máquina real é o êmbolo que empurra as rodas. O que o teu modelo mostra exatamente, descobres pelas instruções e pelas imagens. Ao observá-lo, concentra-te nestes pontos:

• Disposição das rodas. Conta os eixos da frente, os eixos motores ligados por uma biela de acoplamento e os eixos de trás, e compara-os com a tabela acima. Se coincidirem com alguma das máquinas, o modelo tem o mesmo tipo de rodado. Se não, imita uma locomotiva a vapor de forma mais livre.
• Biela motriz e biela de acoplamento. Gira devagar a roda motriz e observa as duas barras. A biela de acoplamento mantém-se sempre horizontal e descreve um pequeno círculo, enquanto a biela motriz oscila para cima e para baixo. Se as barras se mexem assim, o modelo imita o movimento real da locomotiva.
• Êmbolo e cruzeta. Durante o mesmo movimento, observa o cilindro. Se dele sai e entra uma barra com cruzeta, o modelo mostra a transformação do movimento retilíneo em rotação. Se junto ao cilindro nada se mexe, o modelo mostra só a sua forma.
• Lado esquerdo e direito. Para a roda quando a biela de um lado estiver em linha com o moente e olha para o outro lado. Numa locomotiva real de dois cilindros, o moente aí está desfasado um quarto de volta. O modelo pode imitar isto ou não, e nenhuma das duas coisas é um defeito.
• Distribuição. Procura barras e alavancas mais finas entre a roda motriz e a parte de cima do cilindro. Se se mexem quando a roda gira, o modelo sugere a distribuição, que numa máquina real move a gaveta. Se não as encontrares, o modelo simplificou ou omitiu a distribuição.
• Caldeira, domo, chaminé e tênder. No modelo são formas ocas. Repara onde estão: a chaminé à frente, o domo de vapor no topo da caldeira, a cabina do maquinista atrás e, depois dela, o tênder. A disposição corresponde à máquina real, embora lá dentro não haja água, fogo nem carvão.

Uma locomotiva real tinha também peças que no modelo de madeira estão só sugeridas ou faltam por completo: válvulas de segurança que libertam vapor quando a pressão é demasiado alta, um tubo transparente onde o fogueiro vigiava o nível da água na caldeira ou uma bomba para repor água. Sem elas uma caldeira real não poderia trabalhar com segurança; o modelo não precisa delas.

Se as rodas ou as barras do modelo acabado giram com dificuldade ou prendem, encontras o modo de procurar o atrito no artigo Mecanismo a prender: como encontrar o atrito e eliminá-lo.

Se quiseres observar estas peças no teu próprio modelo, podes escolher o modelo Quebra-cabeça 3D de madeira - Modelo de locomotiva a vapor ROKR MC501, que segundo a descrição da loja tem um êmbolo móvel e, depois de dares corda ao mecanismo, arranca pela própria força; segundo os dados da loja, destina-se a maiores de 14 anos. Segundo os dados da loja, é menos exigente o modelo Quebra-cabeça 3D de madeira - Locomotiva Little Story E012, com dificuldade 2 em vez de 4 e também destinado a maiores de 14 anos.

Como expor o modelo como uma peça de história

O modelo de uma locomotiva a vapor parece uma peça de história quando o expões como os museus expõem as locomotivas reais: sobre uma via, com uma breve descrição e com as bielas à vista. Bastam quatro passos:

1. Identifica o original. Pela disposição das rodas e pela forma da caldeira e da chaminé, descobre a que tipo o modelo se assemelha. Se não conseguires identificar uma máquina concreta, bastam o tipo e a época, por exemplo uma locomotiva de rápidos com disposição 2′C1′ dos anos 30.
2. Põe-no sobre uma via. Coloca o modelo num troço curto de via ou numa tábua de madeira estreita um pouco mais comprida do que o modelo. A base separa-o das outras coisas da prateleira e, ao limpar o pó, levantas o modelo juntamente com ela, sem pegar nas barras finas.
3. Escreve um cartão. Num pequeno cartão escreve o tipo ou o nome do original, o ano e uma frase sobre aquilo que o tornou famoso: um recorde, uma linha ou o número de máquinas construídas. O modelo conta então a sua história até às visitas que não sabem nada de comboios.
4. Acerta as rodas. Antes de o expor, roda as rodas motrizes de modo que a biela do lado virado para a sala fique inclinada e a haste do êmbolo saia do cilindro. Nesta posição vê-se melhor do que no ponto morto como as barras ligam o êmbolo à roda.

Se tens curiosidade em saber como anda sobre carris um veículo que, em vez de vapor, tira a corrente de um fio por cima da via, continua com o artigo O elétrico: de onde vem a corrente e como anda na cidade.

Perguntas frequentes