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05 de abril de 2018
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A Era das Máquinas

A transmissão de energia por cabos sem fim

Por Norwil Veloso

No século XIX, a revolução industrial aumentou a demanda de energia e criou novas exigências de transmissão na Europa

Historicamente, a necessidade de transmissão de energia à distância surgiu com a mineração, uma vez que não era possível posicionar a mina próxima às fontes de energia. No século XVI, foram desenvolvidos na Alemanha os Stangenkunsten, soluções que utilizavam hastes de madeira em movimento recíproco para transmitir até as minas a energia gerada em rodas d’água distantes.

Mais tarde, já no século XIX, a demanda de energia aumentou com a Revolução Industrial, criando novas exigências de transmissão, especialmente na Europa. Em sua maior parte, os recursos hídricos estavam em áreas montanhosas, onde a instalação de indústrias era inviável. Portanto, a transmissão era essencial.

Mesmo com a utilização dos motores a vapor, havia a necessidade de sistemas de transmissão e distribuição, já que as indústrias estavam espalhadas por uma área física considerável e o uso de diversas unidades a vapor de menor potência era economicamente inviável.

Na segunda metade do século XIX, havia diversas alternativas para transmissão de energia em alta rotação: eletricidade, ar comprimido, hidráulica, vapor e cabos de aço. Embora a eletricidade tenha prevalecido posteriormente, na época a transmissão por cabos se difundiu por ser mais eficiente que a eletricidade para distâncias até 5 km.

Os primeiros sistemas foram implantados a partir de 1860. E, diferentemente das demais soluções, a transmissão por cabos não implica conversão de energia. Assim, foi uma evolução de tecnologias já existentes, aumentando sua eficiência e flexibilidade.

O equipamento era similar a um cabo aéreo se movendo em alta velocidade, sem o carro de translação. Utilizava polias de grande diâmetro (até 5 m), montadas em torres posicionadas normalmente a cada 90 a 150 m, com duas polias em cada torre, ligadas ao mesmo eixo. A primeira polia era acoplada ao sistema de geração e girava a uma velocidade periférica de 15


No século XIX, a revolução industrial aumentou a demanda de energia e criou novas exigências de transmissão na Europa

Historicamente, a necessidade de transmissão de energia à distância surgiu com a mineração, uma vez que não era possível posicionar a mina próxima às fontes de energia. No século XVI, foram desenvolvidos na Alemanha os Stangenkunsten, soluções que utilizavam hastes de madeira em movimento recíproco para transmitir até as minas a energia gerada em rodas d’água distantes.

Mais tarde, já no século XIX, a demanda de energia aumentou com a Revolução Industrial, criando novas exigências de transmissão, especialmente na Europa. Em sua maior parte, os recursos hídricos estavam em áreas montanhosas, onde a instalação de indústrias era inviável. Portanto, a transmissão era essencial.

Sistemas de transmissão e distribuição de energia por cabos utilizavam polias de grande diâmetro (até 5 m), montadas em torres normalmente posicionadas a distâncias de 90 m a 150 m

Mesmo com a utilização dos motores a vapor, havia a necessidade de sistemas de transmissão e distribuição, já que as indústrias estavam espalhadas por uma área física considerável e o uso de diversas unidades a vapor de menor potência era economicamente inviável.

Na segunda metade do século XIX, havia diversas alternativas para transmissão de energia em alta rotação: eletricidade, ar comprimido, hidráulica, vapor e cabos de aço. Embora a eletricidade tenha prevalecido posteriormente, na época a transmissão por cabos se difundiu por ser mais eficiente que a eletricidade para distâncias até 5 km.

Os primeiros sistemas foram implantados a partir de 1860. E, diferentemente das demais soluções, a transmissão por cabos não implica conversão de energia. Assim, foi uma evolução de tecnologias já existentes, aumentando sua eficiência e flexibilidade.

O equipamento era similar a um cabo aéreo se movendo em alta velocidade, sem o carro de translação. Utilizava polias de grande diâmetro (até 5 m), montadas em torres posicionadas normalmente a cada 90 a 150 m, com duas polias em cada torre, ligadas ao mesmo eixo. A primeira polia era acoplada ao sistema de geração e girava a uma velocidade periférica de 15 a 30 m/s, que era transmitida ao cabo.

INSTALAÇÕES

O uso de cabos para transmissão em longas distâncias foi desenvolvido pelos irmãos Hirn em 1850, para atender a uma indústria têxtil na Suíça, onde a utilização de pequenos motores a vapor – como já destacado – ficaria muito cara. Foram feitas várias linhas de cabos, a maior das quais cobria 235 m e transmitia 50 hp. O sucesso dessa instalação levou à construção de várias outras.

O sistema Hirn de Schaffhausen (1864) é considerado o mais complexo construído até hoje, usando 1.027 m de cabos e transmitindo 500 hp de energia a partir de uma usina situada no Rio Reno, que era cruzado diagonalmente até a cidade, situada a cerca de 2 km a jusante, sendo a partir daí distribuída, cruzando novamente o rio e utilizando algumas rochas situadas no leito para montagem das torres de travessia.

As polias tinham diâmetro de 4,5 m, a partir das quais dois cabos cruzavam o rio num vão de 117 m até um conjunto de polias situado na outra margem, onde se alterava a direção de transmissão usando um sistema de engrenagens cônicas. Nesse ponto, havia uma linha auxiliar que liberava 22 hp, enquanto os restantes 478 hp seguiam pela margem até as primeiras polias intermediárias, situadas a uma distância de 113 m, através de um par de cabos, e daí para um segundo conjunto, situado a 105 m, e ainda para outro, situado a 136 m, onde se mudava novamente a direção e era feita a distribuição. Essa instalação obteve grande sucesso, chegando a atender 23 pontos em 1887.

Outro sistema Hirn foi instalado em Freiburg (1870), onde a ravina não permitia a instalação de fábricas. Nesse caso, foram transmitidos 300 hp para um conjunto industrial situado a 90 m a montante do rio, a partir do qual foi instalada uma rede de distribuição para diversas indústrias situadas no local, num comprimento total de mais de 1.500 m.

Em Bellegarde, situada a 25 km de Genebra, foram transmitidos 3.150 hp em diversas direções, utilizando um sistema Hirn a partir da geração no Rio Ródano (1872) até uma área situada em cota superior, para acionamento de diversas indústrias, num comprimento total de mais de 900 m.

Até 1869, haviam sido construídas cerca de 2.000 instalações permanentes na Europa. Embora a maioria estivesse na França, Suíça e Alemanha, a tecnologia se espalhou pelo mundo. Em São Petersburgo, foram transmitidos 274 hp para 34 edifícios espalhados (por questões de segurança), após a explosão de uma fábrica de pólvora, num total de mais de 3.000 m de cabo.

Também foram construídas diversas instalações nos Estados Unidos. Em 1874, um relatório informava a existência de 400 sistemas, a maioria em Lockport (NY), Lawrence (KS) e Great Falls (MT), no alto Missouri. Mas foram instalações bem menores que a de Schaffhausen.

EFICIÊNCIA

Embora possa parecer estranha, a transmissão a cabo é mais eficiente e barata que a elétrica em distâncias até 5 km, particularmente devido à inexistência de perdas por conversão de energia (elétrica para mecânica e vice-versa). Contudo, apresenta perdas por atrito, principalmente nos mancais dos eixos das polias, o que torna a transmissão menos econômica a partir de certa distância.

Essa eficiência foi medida por Ziegler, um dos fabricantes mais conhecidos, em Oberursel, onde 104 hp eram transmitidos numa distância de 963 m, em sete vãos de aproximadamente 122 m. Suas medições mostraram uma perda total de 13,5 hp nas 8 torres, correspondendo a uma eficiência de 87%. Assim, a perda de energia foi de 1,7 hp por conjunto de polias.

É preciso lembrar que, em 1880, a transmissão elétrica era feita com cabos de cobre e em corrente contínua, que é muito menos eficiente que a alternada. Nas linhas atuais de corrente alternada, as perdas são de apenas 3% numa distância de 1.000 km.

Embora algumas instalações permanecessem em uso até os anos 1930, a maioria desapareceu ainda antes do final do século XIX

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A maioria dessas instalações desapareceu antes do final do século XIX, embora algumas permanecessem em uso até os anos 30. O sistema perdeu para a transmissão elétrica, principalmente devido à maior facilidade de transmissão e distribuição da energia gerada em um ponto único e da possibilidade de transmissão a distâncias impossíveis de serem cobertas por sistemas mecânicos, além da impossibilidade de utilização dos sistemas de cabos em distâncias abaixo de 15 m.

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O revolucionário Tournapull C