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ED 064

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O motor que Rudolf Diesel calculou antes de construir

Diesel tirou o motor de uma teoria de 1824; em 1897, em Augsburgo, a máquina aproveitou 26,2% do combustível.

Motor Diesel de 1897, cilindro único de ferro fundido com volante, em Augsburgo.

Augsburgo, 1897: o motor de Rudolf Diesel

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Um cilindro de ferro fundido com 25 centímetros de diâmetro, de pé sobre uma base pesada, e um pistão que desce 40 centímetros a cada volta do volante. Ele prova que uma conta feita no papel podia virar máquina.

O conjunto ocupa hoje uma sala do Deutsches Museum, o museu alemão de ciência e técnica, em Munique. Tem a altura de um homem adulto e um volante de ferro do tamanho de uma roda de carroça.

Em fevereiro de 1897, nas oficinas da Maschinenfabrik Augsburg (Fábrica de Máquinas de Augsburgo), aquele cilindro rodou por horas seguidas diante de um professor encarregado de medir cada gota de combustível que entrava nele.

A medição saiu com uma cifra que a indústria demorou a aceitar. Segundo o relatório do engenheiro Moritz Schröter, da Escola Técnica Superior de Munique, em 1897, o motor transformava em trabalho 26,2 por cento do calor guardado no combustível.

No mesmo relatório de 1897, Schröter comparou o resultado com as máquinas a vapor da época, que ficavam perto de 10 por cento.

Nas fábricas daquele ano, quase tudo girava pela força do vapor. Uma caldeira queimava carvão o dia inteiro, um foguista alimentava a fornalha com a pá, e a maior parte do calor escapava pela chaminé sem empurrar pistão algum.

O motor de Augsburgo não tinha caldeira, nem fornalha, nem faísca. O combustível pegava fogo sozinho dentro do cilindro, porque o ar ali tinha sido apertado até ficar quente o bastante para acendê-lo.

O desenho saiu primeiro de uma teoria publicada em Paris setenta anos antes, por um engenheiro francês que nunca construiu motor algum. A patente alemã chegou em 1893, e o metal só obedeceu à conta quatro anos depois.

Para entender como o cilindro chegou àquela cifra, vale começar pelo que acontece lá dentro a cada volta do volante.

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I A invenção de hoje

Ar quente o bastante para acender óleo

Rudolf Christian Karl Diesel nasceu em Paris em 1858, filho de um encadernador alemão. Quando a guerra entre França e Prússia estourou, em 1870, a família foi expulsa para Londres, e o menino seguiu sozinho para Augsburgo, onde moravam parentes, para continuar os estudos.

O motor que leva o sobrenome dele funciona pela ignição por compressão (o combustível pega fogo só com o calor do ar apertado, sem vela nem chama). Todo o resto do aparelho existe para servir a esse único truque.

O ar esquenta quando é espremido. Qualquer pessoa que já encheu pneu de bicicleta sente a bomba amornar na mão; dentro de um cilindro fechado e apertado com força, o ar passa de centenas de graus em menos de um segundo.

O CICLO EM QUATRO TEMPOS

A máquina de 1897 repetia quatro movimentos, sempre na mesma ordem:

1. O pistão desce e puxa para dentro do cilindro apenas ar, sem combustível nenhum.

2. O pistão sobe e aperta o ar num espaço pequeno, até ele ficar mais quente que o ponto em que o óleo se inflama.

3. Um jato de ar comprimido sopra querosene pulverizado no cilindro; as gotas encontram o ar quente e queimam sem faísca.

4. Os gases da queima empurram o pistão para baixo, e na subida seguinte a fumaça sai pela válvula de escape.

O motor Diesel acende o combustível com o próprio calor do ar espremido: sem faísca, sem caldeira, sem fornalha.

A compressão alta explica a cifra de Augsburgo. Quanto mais quente o ar no começo da queima, maior a fatia do calor que vira empurrão no pistão, e menor a fatia que sai perdida pelo escape.

O motor a gasolina da época, criado por Nikolaus Otto, misturava combustível e ar antes de comprimir. Não podia apertar demais a mistura, porque ela explodiria antes da hora; o motor de Diesel comprimia só ar e escapava desse limite.

O combustível também mudou no caminho. Diesel pensou primeiro em pó de carvão, barato e abundante na Alemanha, mas o pó entupia as válvulas, e a máquina de 1897 acabou rodando com querosene, o óleo das lamparinas.

Pronto, o motor de Augsburgo tinha um cilindro só e entregava cerca de 20 cavalos de força a 172 rotações por minuto, o bastante para tocar uma pequena fábrica inteira por meio de correias.

II Acidente ou projeto

Uma aula de Carnot em Munique

O motor não nasceu de acidente. Nasceu de uma aula, em 1878, na Escola Técnica Superior de Munique, onde o professor Carl von Linde, pioneiro das máquinas de refrigeração, explicava a teoria de Sadi Carnot.

Carnot, engenheiro militar francês, tinha publicado em 1824 um livro curto chamado “Reflexões sobre a potência motriz do fogo”. Nele, descreveu o ciclo de Carnot (o modelo ideal de máquina térmica, que tira o máximo de trabalho possível de uma diferença de temperatura).

A frase central do livro diz: “A potência motriz do calor é independente dos agentes empregados para realizá-la; sua quantidade é fixada unicamente pelas temperaturas dos corpos entre os quais se faz o transporte do calórico.” (Sadi Carnot, Reflexões sobre a potência motriz do fogo, 1824)

Diesel, aos 20 anos, entendeu a frase como instrução de projeto. Se o rendimento dependia da temperatura, a máquina ideal precisava queimar o combustível no ar mais quente possível.

No livro “A gênese do motor Diesel”, de 1913, ele contou que anotou na margem do caderno daquela aula o desejo de construir uma máquina que seguisse o ciclo de Carnot na prática.

QUATORZE ANOS DE PAPEL

Formado com as melhores notas da turma, Diesel foi trabalhar para Linde em Paris, nas fábricas de gelo. Nas horas livres, tentou um motor movido a vapor de amônia, que explodiu na oficina e o feriu.

Em 1892, desistiu da amônia e pediu a patente de uma máquina que comprimia ar até acender o combustível. A patente alemã 67.207 saiu em 23 de fevereiro de 1893, e no mesmo ano ele publicou o livro “Teoria e construção de um motor térmico racional”.

O livro convenceu Heinrich von Buz, diretor da fábrica de Augsburgo, e a siderúrgica Krupp, que dividiram o custo dos testes.

A primeira tentativa, em 10 de agosto de 1893, terminou com o indicador (o aparelho que registra a pressão dentro do cilindro) estourando em pedaços perto do rosto do inventor. A pressão tinha chegado lá; o motor ainda não girava sozinho.

Em fevereiro de 1894, a segunda máquina deu suas primeiras voltas por conta própria, durante cerca de um minuto. Diesel passou os três anos seguintes ajustando bomba, válvulas e injeção.

O motor nasceu de uma aula e de uma conta; o metal levou quatro anos para alcançar o papel.

No caminho, a teoria cedeu. Carnot pedia queima a temperatura constante, impossível de obter num cilindro real, e Diesel trocou por queima a pressão constante; também aceitou a água de refrigeração em volta do cilindro, que o plano original dispensava.

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NVIDIA's Founder Says Farmers Should Absolutely Use AI

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III O problema que ela resolveu

O calor que o vapor jogava fora

O problema que o motor resolveu foi o desperdício. Uma máquina a vapor de 1890 perdia quase todo o calor do carvão no caminho entre a fornalha e o pistão, e ainda exigia caldeira, chaminé, foguista e horas de aquecimento antes de girar.

Para uma oficina pequena, um moinho ou uma tecelagem de bairro, a caldeira custava caro e ocupava um prédio inteiro. O título do livro de 1893 dizia a ambição sem rodeios: o motor racional vinha para substituir a máquina a vapor.

O motor de Augsburgo cabia numa sala, partia em minutos e gastava menos da metade do combustível para entregar o mesmo trabalho.

Havia ainda o risco. Caldeiras de vapor guardavam água fervendo sob pressão, e explosões de caldeira destruíam fábricas e navios com frequência no século XIX. O cilindro de Diesel trabalhava com pressão alta, mas apenas num volume pequeno e por frações de segundo.

DO LABORATÓRIO AO NAVIO

As licenças venderam depressa. Em 1898, o cervejeiro Adolphus Busch, de St. Louis, pagou 1 milhão de marcos pelos direitos de fabricação nos Estados Unidos.

Em 1903, o petroleiro Vandal, da empresa dos irmãos Nobel, passou a navegar pelo rio Volga com motores Diesel. Em 1912, o navio dinamarquês Selandia, do estaleiro Burmeister & Wain, cruzou o oceano até a Ásia sem chaminé de vapor.

Na Exposição Universal de Paris, em 1900, um motor do mesmo tipo rodou com óleo de amendoim, a pedido do governo francês, que buscava combustível para as colônias da África.

O motor de Diesel tirou do carvão e da caldeira o trabalho pesado do mundo e o pôs num cilindro que cabia numa sala.

O inventor não acompanhou a expansão. Na noite de 29 de setembro de 1913, Diesel embarcou no vapor Dresden, em Antuérpia, rumo a Londres, e sumiu do navio durante a travessia; a cama da cabine estava intacta, e o casaco, dobrado no convés.

Dias depois, tripulantes de um barco holandês acharam um corpo no mar e recolheram dele objetos que a família reconheceu como de Diesel. Ninguém sabe como ele caiu do Dresden: não houve testemunha, e nenhuma investigação da época chegou a uma resposta.

O cilindro de 25 centímetros segue em Munique, com o pistão parado no curso de 40 centímetros que, medido por Schröter em 1897, entregou 26,2 por cento do calor em trabalho.

“Que ideia sua ainda está no papel esperando o metal obedecer?”