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Informações Técnicas

Construindo um mini barco a vapor parte 3

Barquinho pop pop

Prof. Luiz Ferraz Netto
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Esse  pequeno barco de brinquedo tem uma propulsão incrível. É uma máquina térmica, e como tal, tem seu rendimento preso pela 'camisa de força' do ciclo de Carnot.
Nele há dois tubos de cobre que saem pela popa do barco, provenientes de uma pequena caldeira, fixados entre o centro do barco e a proa por uma braçadeira de lata. Quando a caldeira é aquecida por uma vela, o vapor que se forma obriga a água a sair pelos tubos, e o barco move-se para a frente. Quando se consome a água que estava na caldeira, o barco deveria parar, mas o que acontece é que os tubos aspiram mais água para dentro da caldeira, e o processo repete-se. E assim o barco segue seu caminho (há um pequeno leme na popa) até a extinção da vela.

Quanto apreciei pela primeira vez esse barquinho notável uma pergunta imediata veio á tona: Por que a água é aspirada?  A resposta pareceu-me simples porém, anos depois, uma outra pergunta veio á mente:
Quando isso acontece, por que o barco não percorre para trás a mesma distância que tinha percorrido para a frente? Essa foi mais 'cabeluda' ...  como você responderia a tais perguntas?

Eis o meu barquinho pop pop.
Não me perguntem porque eu o guardei por tanto tempo ou onde o comprei. Mas esse é o segundo texto que escrevo  sobre ele; o primeiro 'sumiu' a escalada da vida.

Vejamos como me saí:

Primeira resposta: O calor transferido pela chama da vela converte em uma bolha de vapor uma parte da água que está na caldeira; a pressão exercida por esse vapor desenvolve forças sobre a superfície da água que resta na caldeira e impulsiona as colunas de água através dos tubos, fazendo-as emergir, junto com o vapor, em jato na traseira do barco. Quando água e vapor saem da caldeira, parte do vapor restante condensa-se nos tubos, que estão mais frios, e contrai-se, diminuindo a pressão e, com isso, aspirando água fria para dentro do tubo morno e caldeira quente. E o ciclo recomeça. Essas compressões e descompressões ocorridas na caldeira é que originam o ruído 'pop-pop' ou a vibração do sistema.
Segunda resposta: O fato fundamental, durante a aspiração, é que a água entra no tubo segundo todas as direções contidas num hemisfério, e não segundo uma única direção.
Há uma propulsão resultante para a frente motivada pela assimetria na emissão do jato para a retaguarda e também pelo fato da água entrar segundo todas as direções contidas no hemisfério de trás. Faço uma analogia mais adiante; prossiga com a leitura.

O barulho pop-pop é uma boa alegoria do sistema e é proveniente da oscilação brusca da lâmina flexível, também de cobre (ou de bronze fosforoso)  com espessura ao redor do 0,2 mm, que reveste o topo da caldeira, nas fases de expulsão e aspiração da água. Essa lâmina é conhecida por 'diafragma'. Uma caldeira rígida, sem essa lâmina, também funcionará --- sem fazer barulho. Nesses barcos a caldeira rígida consta, simplesmente, de 1 ou 2 espiras feitas com o próprio tubo de cobre. Abaixo, ilustramos duas versões do barquinho pop-pop --- logo, com diafragmas.

Para uma analogia, o próprio ser humano "é um barco pop-pop" ... e só não sai voando enquanto respira devido à pequena potência do processo.
Nossa musculatura peitoral faz o papel do diafragma; nossos pulmões, o da caldeira ... o ar, o da água. Temos nossa dupla tubulação até o nariz (que faz o papel da parte dos tubinhos que fica dentro da água do lago ou piscina). O jato de ar quente que sai pelo nariz na fase da expiração o faz em forma de jato concentrado numa pequena seção (coloque as costas de sua mão junto ao nariz e faça uma expiração forçada para sentir esse jato de ar) mas, na fase de aspiração o ar não entra pela mesma seção e sim por todo o contorno biselado do nariz. Ao aspirar você não sente a presença de um jato entrando; o ar da aspiração é proveniente mais da região que contorna o nariz.
Quando a curvatura dos bordos do nariz é destruída (tais como a dos pugilistas socados diretamente no nariz) a tendência é a pessoa começar a aspirar o mesmo ar que expirou e, para evitar isso, deve ficar constantemente movendo a cabeça. Já reparou nisso?
No nariz íntegro há uma resultante propulsora (que empurra o ser humano para cima) durante a respiração.
Peço escusas aos biólogos se falei alguma bobagem na analogia proposta ... e, por favor, corrijam-me.

Ainda não experimentei, mas tenho firme convicção que ajustando a tuberia de saída dos tubos no barquinho, em forma de curvatura do nariz, o rendimento do processo deve aumentar.

Para os 'hobbistas' interessados eis as medidas tiradas de meu exemplar:

Bom sucesso! Apreciaria receber daqueles que 'colocaram mãos à obra' a descrição das dificuldades e 'transtornos' que encontraram ... e venceram. Isso poderá ser muito útil aos nossos consulentes. 


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