A Tecnologia das Ferrovias – Parte 1 – Introdução

 

Na história da humanidade a invenção do motor a vapor que surge no século 17, e começa a ser utilizado dentro de fábricas movimentando máquinas de tecelagem, mas a ideia de utilizar o vapor começa muito antes no século I, quando Heron de Alexandria cria a primeira máquina a vapor chamada de eolípila, que embora demostra-se um movimento circular nunca teve uma aplicação pratica.

Somente no século 17, quando Thomas Savery, um engenheiro militar inglês, cria um motor a vapor que leva o seu nome e foi utilizado em fabricas de tecelagem e começa a primeira revolução industrial. Quase 20 anos depois, já no século 18, Thomas Newcomen projeta uma nova máquina que foi utilizada dentro de minas de carvão, e retira das costas do cavalo a carga de puxar pequenos vagões sobre trilhos de madeira.   

Ainda no século 18, em 1769, o primeiro veículo a vapor conhecido pela humanidade foi criado por Joseph Cugnot, um triciclo movido a vapor, que pode ser considerado o primeiro veículo movido pela força de uma caldeira que produzia pressão através da água aquecida. Entretanto foi em 1777, que James Watt, um matemático e engenheiro inglês, criou o motor a vapor de água mais importante, que foi uma adaptação do motor de Thomas Newcomen.

Até está data a humanidade não conhecia um tipo de transporte que não utilizasse animais, principalmente cavalos, que proporcionavam um transporte individual e coletivo como as diligências. A velocidade na época era em torno de 12 km/h, mas em percursos longos havia a necessidade de trocar os cavalos que ficavam exaustos com os trajetos definidos.

Surgia agora uma nova força, que poderiam substituir os cavalos, e por isso essa nova força foi medida em cavalos de força, como o nome em inglês HP (horse  power) e depois relacionada a Watts em homenagem a James Watt, que aperfeiçoou o motor de Thomas Newcomen. Agora a humanidade poderia sonhar com velocidades maiores em suas necessárias viagens.

O motor a vapor, também chamado de máquina a vapor ou ainda turbina a vapor, é um tipo de máquina térmica que explora a pressão do vapor, originado no princípio de que o calor é uma forma de energia, que pode ser transformada em movimento, que pode produzir trabalho. Seu funcionamento obedece às leis da termodinâmica.

Muito embora a invenção da combustão interna no final do século 19, parecia ter tornado obsoleta a máquina a vapor, ela ainda até hoje é utilizada nos reatores nucleares que produzem a geração de eletricidade. A máquina a vapor vem servindo a humanidade há mais de 200 anos e talvez não seja substituída totalmente nos próximos 100 anos.

Na máquina a vapor, o fluido de trabalho é o vapor de água sob alta pressão e a alta temperatura, sendo que o funcionamento de uma turbina a vapor baseia-se no princípio da expansão do vapor, gerando diminuição na temperatura e energia interna, esta energia interna perdida pela massa de gás reaparece na forma de energia mecânica, pela força exercida contra um embolo, projetado para receber esta energia e transformar em movimento.

Este movimento, genialmente aproveitado pelo homem transformou o cenário da humanidade quanto a locomoção em grandes distancias numa realidade possível e surgiam no limiar do século as primeiras máquinas a vapor capazes de transportar cargas e pessoas em longas distancias.

O motor a vapor já tinha mais de 100 anos de existência, quando em 1804, como motor de uma locomotiva, moveu-se pela primeira vez sobre a terra, utilizando sua própria potência. Por volta de 1825 já havia conquistado seu próprio lugar e graças a ele, o mundo moderno realmente deslanchou.

Desde o seu aparecimento como forma de transporte, o trem tem exercido um enorme poder de fascínio. Durante muito tempo, foi associado a própria ideia de viagem e ainda pela presença do vagão postal, as comunicações entre as pessoas ganhava outro modal importante.

O progresso humano foi acelerado com a estrada de ferro e o trem ao se integrar por direito próprio a todo o tipo de paisagens, tanto urbanas como rurais, alimentou a imaginação de artistas e escritores, criando um cenário ideal para o mundo cinematográfico.

Entre as invenções que definem a era moderna, a ferrovia ostenta uma posição privilegiada. A era das viagens em massa, do transporte de cargas, da rápida distribuição de mercadorias nos níveis nacionais e internacionais tinham chegado. As ferrovias converteram-se em uma infraestrutura vital para o comercio e a indústria nos vastos domínios da África, da Australia e Asia.

Seu valor estratégico foi percebido perfeitamente desde o início entre as nações europeias rivais. O potencial da nova máquina deu azas a audácia e ao talento de técnicos e engenheiros. Grandes obras, tuneis e viadutos, comunicação elétrica, técnicas de sinalização e grande obras de arquitetura para o grande público.

A revolução que o trem significou para determinadas comunicações, que até então se desenvolviam com lentidão, por outro lado, ainda que de forma menos evidente, a existência e a demanda das ferrovias impulsionaram a experimentação e o conhecimento em relação a gestão comercial e ao desenvolvimento da medição de precisão, da metalurgia, da estatística, da física e da dinâmica.

Durante mais de cem anos, a potência do vapor foi a base da ferrovia. O carvão foi o combustível principal, embora outros materiais também fossem utilizados para gerar vapor, desde a madeira até a turfa, desde o bagaço da cana de açúcar e até resíduos de algodão e sabugos do milho e em maior proporção a partir da década de 1850, o petróleo.

O grande período da ferrovia a vapor foi de 1850 a 1920, dominando durante este período, o transporte terrestre. A invenção dos motores a combustão interna, que facilitaram o transporte em rodovias, não representou uma grande ameaça a princípio, embora a tração elétrica que teve grande acolhida pelos países que não possuíam carvão, como a Itália, substituiu algumas linhas a vapor suburbanas, pelos bondes elétricos, que proporcionaram um serviço complementar aos trens.  

A primeira guerra mundial acelerou a utilização de automóveis e caminhões e a criação por Henry Ford da linha de montagem para automóveis e caminhões a motor a explosão na década de 1920. Começou então uma verdadeira rivalidade entre automóveis, caminhões ônibus e trens nas nações mais industrializadas.

A ferrovia reagiu, adotando novas tecnologias e construindo locomotivas a vapor maiores, mais rápidas e mais eficientes. Mais do que em qualquer outro lugar, este processo foi muito evidente nos Estados Unidos, onde foram construídos verdadeiros gigantes a vapor, apesar de que já naquela época a glória das locomotivas a vapor estava sendo ofuscada pelos motores a diesel e elétricos.

Na década de 1950, a tração a vapor decrescia de forma muito rápida. Os motores elétricos e a diesel ofereciam maior rendimento a um preço melhor, o que permitia incrementar a velocidade e a utilização em rotas principais.

Sendo neto e filho de ferroviários, lembro de meu pai preocupado com o crescimento vertiginoso da indústria automobilística e o sucateamento no Brasil das redes ferroviárias. Do meu avô não tenho lembranças, pois morreu quando tinha apenas 2 anos, mas meu pai contava orgulhoso, da dedicação que tinha por sua locomotiva a vapor de quatro pistões e tração nas seis rodas e metais dourados sempre brilhando.

A locomotiva a vapor passou a ser cada vez menos usadas em trens de passageiros já que as unidades múltiplas, diesel elétricos que incorporavam sua própria propulsão motora, absorveram o trânsito local e de longa distância, e mais adiante os sistemas ferroviários foram gradualmente reduzidos já que o avião e as autoestradas foram absorvendo cada vez mais o tráfego interurbano.

Somente China e Índia, que foram os últimos países a adotar o transporte ferroviário movido a vapor, os trens se mantiveram como principal meio de transporte nacional. Mas conforme o século 20 avançava e a tecnologia evoluía, as ferrovias entravam numa nova fase de crescimento, motivado pelos grandes congestionamentos nas estradas observados em todo o mundo.

A tecnologia das linhas de ferro, com sistemas de sinalização extremamente sofisticados devido e evolução da eletrônica de alta integração e o desenvolvimento de motores elétricos de alta performance tornou o sistema ferroviário competitivo e avançado para competir com os aviões em deslocamentos interurbanos de média distância.

França e Japão foram os pioneiros em construção de linhas de alta velocidade para passageiros, assim como a informática e a eletrônica digital melhoraram os processos de logística tornaram o transporte de carga ferroviário competitivo. Grandes iniciativas de engenharia permitiram a conexão ferroviária entre a Grã-Bretanha e a França sob o canal da Mancha e as ligações entra a Dinamarca e a Suécia, bem como entra as Ilhas Japonesas.

Desde a primeira ferrovia no mundo movido a vapor, até os atuais linhas de levitação magnéticas transcorreram menos de 200 anos. Não há nenhuma dúvida que a ferrovia tem um futuro promissor, além de um passado fascinante.