Iluminação - estudo para a municipalidade

por Gonzaga de Campos

Imagem: reprodução parcial da página 7

PRIMEIRA PARTE

Luz de gás e luz elétrica

Deverá o gás ser substituído pela eletricidade na iluminação?

Consideremos a pergunta sob os três pontos de vista principais:

a) permanência,

b) higiene

c) economia.

a) Permanência

A confiança que merecem os mecanismos de produção e transporte da energia elétrica, como fornecedores perenes de luz, parece-nos, hoje, e com o moderno aparelhamento da indústria, equivalente à certeza e segurança que dão de si as fábricas e condutores do gás de carvão de pedra.

Há bem pouco tempo ainda, pendia a balança para o gás. O grande número de focos de destilação, e o acúmulo do produto em enormes reservatórios, eram ouras tantas garantias para a infalibilidade do gás. Atualmente as instalações elétricas de nota, armadas de geradores perfeitos e múltiplos, e ainda com suas grandes reservas de energia nos acumuladores, oferece idênticas vantagens quanto ao funcionamento contínuo e regular da iluminação nos centros populosos.

b) Higiene.

Indagaremos em rápida revista a ação dos focos de luz quanto à salubridade em geral, e quanto aos efeitos especiais de cada sorte de lâmpada sobre os órgãos da visão.

1º) Perigos diretos do gás e da corrente elétrica.

O gás de carvão de pedra acidentalmente extravasado produz detonações sempre que se acha diluído em menos de 0,70 de ar. Bunte diz que a mistura de ar e gás é explosiva quando contém de 0,08 até 0,30 de gás. Segundo Gréhant, a mais forte detonação tem lugar entre 0,17 e 0,20 de gás. Este fato, de pouco alcance para a iluminação pública das ruas e praças, toma sérias proporções no serviço particular em espaços fechados.

Com a eletricidade sucede o contrário. No interior das casas, as correntes de baixa tensão não suscitam cuidados. Nas ruas, com os circuitos de alta voltagem, existe sempre algum perigo quando os fios são aéreos; e, mesmo para os condutores subterrâneos, muitos fatos observados inspiram certo receio das correntes de tensão elevada. Citam casos de começo de incêndio no interior de prédios (aliás sem aparelhos de eletricidade), cuja origem foi encontrada nas ruas, na passagem da corrente dos condutores elétricos subterrâneos para os encanamentos de gás e de água.

Nos condutores subterrâneos podem manifestar-se efeitos eletrolíticos, ora decompondo a água e constituindo misturas explosivas de hidrogênio e oxigênio, ora corroendo os tubos de chumbo ou de ferro das canalizações de gás ou de água. Os primeiros efeitos evitam-se fazendo bem estanques as canaletas para os condutores, e ventilando-as. Os últimos exigem um isolamento perfeito dos fios, principalmente do positivo.

2º) Oxigênio extraído do ar.

É esta uma circunstância toda em detrimento da luz do gás, principalmente em recintos fechados. Com efeito, um metro cúbico de bom gás de hulha [1] exige para sua combustão 5,5 metros cúbicos de ar; ao passo que a luz elétrica não absorve oxigênio da atmosfera.

3º) Substâncias introduzidas que viciam o ar.

Cabe ainda a preferência à luz elétrica, por isso que o melhor gás de carvão, queimando no ar, produz por metro cúbico 544 litros de ácido carbônico, e 1.286 litros de vapor de água, e ainda uma certa porção de acetileno [2].

Mas o gás em geral não é puro; e das suas impurezas surgem outros defeitos.

O ácido sulfídrico, por sua combustão, produz gás sulfuroso, que logo passa ao estado de ácido sulfúrico. O amoníaco, em presença do oxigênio do ar, transforma-se em ácido hipoazótico. Kuhlman encontra ainda, na combustão do gás, formação de vapores de ácido cianídrico à custa do amoníaco.

E, como a combustão ao ar livre nunca é perfeita, há sempre produção de certa quantidade de óxido de carbono, gás altamente nocivo.

4º) Aquecimento do ar.

A combustão completa de um metro cúbico de gás de carvão de pedra daria, pela sua composição, cerca de 5.500 calorias; mas, como tal volume de gás exige, para queimar-se, perto de 6 metros cúbicos de ar, a sua temperatura de combustão é consideravelmente abaixada, na proporção do conseqüente e necessário aquecimento do ar ambiente. Nos bicos ordinários de gás, a temperatura é inferior a 1.300ºC.

Na luz elétrica, apesar da temperatura local muito mais elevada, não havendo combustão, o calor é apenas perdido por irradiação, e ainda assim na pequena porcentagem do que deixa de se transformar em luz.

É verdade que nos bicos de gás incandescente (Auer) a quantidade de calor desenvolvida é muito menor: cerca de 50 ezes menos do que nos bicos ao ar livre, para a mesma quantidade de luz produzida.

As lâmpadas incandescentes desprendem de calor 200 vezes menos do que os combustores ao ar livre. Portanto, ainda por este lado, a luz elétrica apresenta superioridade sobre o gás.

Procuremos agora comparar as qualidades da luz, relativamente à higiene da vista:

1º - Brilho. A luz muito brilhante ofusca e irrita os órgãos visuais.

A sensação luminosa é percebida, dizem, à custa da destruição duma substância do olho - a púrpura da retina. - Atentando ao sol ou num arco voltaico, é preciso dar tempo à formação de nova púrpura, para receber a impressão da luz. Com qualquer foco dá-se, em pequeno, o mesmo fenômeno. Daí a necessidade de afastar do campo da visão os focos de grande brilho.

Nesta qualidade, pela consistência atual dos aparelhos, leva o gás muita vantagem à luz elétrica.

As lâmpadas de arco são focos muito intensos e concentrados; os vidros diáfanos e holófanos só conseguem diminuir eficazmente o grande brilho à custa da intensidade.

As lâmpadas de incandescência elétrica são ainda relativamente de forte brilho.

Os bicos de gás em leque, os focos recuperadores, e principalmente as admiráveis lâmpadas de gás incandescente, vencem pela suavidade da luz, esbatendo o brilho em amplas superfícies.

2º - Fixidez. - A luz vacilante e de intensidade variável obriga a pupila a movimentos continuados de alargamento e constrição, e pode produzir inflamações nas partes profundas do olho.

Hoje é possível obter, empregando todos os cuidados, funcionamento regular das lâmpadas elétricas, principalmente das incandescentes.

Os combustores comuns de gás dão luz vacilante. Mas nas lâmpadas recuperadoras, e sobretudo nas de incandescência, obtém-se fixidez perfeita.

3º - Cor da luz. - O tipo de luz que gerou os hábitos de acomodações da vista, foi a luz do sol. Toda luz que se afasta da composição da luz solar, pela predominância destes ou daqueles elementos do espectro, diminui ou extingue os contrastes naturais das cores: produz moléstias. Assim, a iluminação defeituosa em quantidade ou qualidade é na mor parte das vezes, segundo Galezowski, a causa das astenopias acomodativas, das congestões das membranas internas do olho, e até de defeitos indeléveis como sejam: atrofias coroidaianas, miopias progressivas etc.

As afecções que não deixam ver a cor vermelha (daltonismo, aneritroblepsia), são também atribuídas ao uso contínuo de luzes que emitem grande quantidade de raios vermelhos: as fibras especiais da retina acabam por se insensibilizar.

Ora, a natureza dos raios emitidos varia com a temperatura em que se dá a combustão ou a incandescência luminosa:

a 1.000ºC - raios vermelhos,

a 1.200ºC - raios alaranjados,

a 1.300ºC - raios amarelos,

a 1.500ºC - raios azuis,

a 1.700ºC - raios anil,

a 2.000ºC - raios violeta.

Para cima de 2.000ºC, todos os corpos dão luz branca, e produzem todos os raios espectrais do sol. Daí para diante começam então a dominar as irradiações químicas que não concorrem mais para a iluminação.

Já vimos que o gás de hulha queima ao ar livre abaixo de 1.300ºC; daí a predominância exclusiva dos raios vermelhos, alaranjados e amarelos que se torna prejudicial à vista.

Todavia, nas lâmpadas de incandescência o gás queima em temperatura mais alta (cerca de 1.500ºC) e a composição da luz é mais completa e higiênica.

Quanto à luz elétrica, as lâmpadas de incandescência, funcionando em temperatura mais alta (até 1.800ºC), produzem também uma luz mais completa. Entretanto, a concentração da luz na área reduzida do filamento é motivo de maior brilho, sempre prejudicial.

As lâmpadas de arco, de foco concentrado e de temperatura elevadíssima, têm o inconveniente do brilho excessivo e ainda mais o de grande quantidade de raios químicos (ultravioletas), muito danosos à vista.

Tyndall demonstrou que a relação entre raios invisíveis e visíveis dum fio incandescente é muito menor do que no arco voltaico. Por suas medidas, achou ele que essa porcentagem era de

 5,55% na luz de gás,

 5,65% na luz de fio incandescente

11,11% na luz de arco entre carvões.

Das experiências de von Mützel sobre a intensidade das diversas cores nos espectros de luz Auer, de lâmpadas elétricas incandescentes e de arco, e da luz solar, conclui-se:

o brilho da cor vermelha é mais intenso na luz elétrica incandescente que na luz Auer;

a cor verde é muito mais brilhante na luz Auer;

no azul brilhante as duas luzes são iguais;

a luz elétrica é muito mais forte no violeta, principalmente nas lâmpadas de arco, chegando até a exceder o brilho do violeta do sol [3].

c) Economia.

Diremos de modo geral e rápido sobre as condições econômicas de produção das duas espécies de luz pelos diversos processos atualmente generalizados.

A luz é sempre uma transformação do calor, e portanto de energia. A energia potencial, arrancada pela indústria à natureza, pode ser aproveitada sob a forma de afinidade química ou simplesmente de energia cinética.

Em qualquer ponto da escala indefinida dos seres encontra-se uma fonte de energia, mas na prática atual, os grandes reservatórios de força química são ainda os combustíveis fósseis. Os depósitos inesgotáveis de força viva, perenes e eternos, são as quedas d'água. Dentre os combustíveis fósseis sobressai o carvão de pedra, ainda hoje o mais generalizado produtor de força e luz. No fundo, toda luz resulta de uma energia que torna incandescente uma substância qualquer.

Na prática, distinguem-se combustões luminosas e luzes por incandescência. Seria mais adequada a distinção: - incandescência incompleta, e completa.

Na primeira, a substância incandescente (o carbono, por exemplo) é sempre renovada à custa do combustível; na última, a matéria incandescente permanece a mesma, ao menos por longo tempo.

Naquela, vão se transformando e deslocando rapidamente as partículas candentes animadas da energia luminosa; nesta, as mesmas partículas incandescentes sofrem por muito tempo a ação constante e sucessiva da energia de luz. A priori e desde logo, é possível conceber que o segundo tipo é mais econômico do que o primeiro, no qual as partículas em fuga hão de acarretar consigo uma certa porção de energia.

Os combustíveis sólidos ou líquidos, transformados em gás, produzem ambos os tipos de luz. A energia mecânica transformada em corrente elétrica só produz o segundo tipo.

O gás, em combustão luminosa, produz a incandescência passageira e imperfeita. A luz incandescente de Auer von Welsbach é o melhor exemplo da incandescência para o gás.

A incandescência da lâmpada elétrica, de filamento contínuo de carvão, é incompleta relativamente à incandescência no arco voltaico.

Combustíveis sólidos

Indaguemos por agora o melhor modo de aproveitamento do carvão mineral. Comparemos o seu rendimento luminoso, no estado de gás de iluminação, com aquele que teria a corrente elétrica gerada pela força mecânica oriunda do mesmo combustível.

Antes, porém, é conveniente fixarmos, de algum modo, os elementos de comparação.

O gás de iluminação, variado nos elementos segundo os carvões de que é extraído, oferece valores diferentes no poder iluminante, do mesmo modo que estes combustíveis nas respectivas forças térmicas. As hulhas, mais rendosas nas fornalhas, não são as indicadas para o gás. Por isso, deixamos aqui de parte os carvões de alta riqueza quanto ao gás, para somente nos referirmos aos combustíveis de valor médio, e que se prestam à comparação nos dois misteres.

E tomaremos sempre uma mesma unidade-tipo para a intensidade luminosa.

Em meio dos diversos padrões adotados em alguns países, escolheremos a vela inglesa (Standard spermaceti candle). A vela inglesa queima 120 grãos ou 7,8 gramas por hora. Sua intensidade corresponde a 0,054 do padrão Violle [4]; a 0,112 da lâmpada Carcel [5]; a 0,870 da vela francesa (marca L'Etoile); a 1,02 da lâmpada Siemens.

Em linguagem de eletricistas (congresso de 1889), a unidade vela, ou vela decimal, representa 0,05 do padrão Violle; ou proximamente 0,1 (0,104) do Carcel; ou 0,925 da vela inglesa.

Em vista da diversidade dos padrões, e ainda dos processos de medição, que podem conduzir a erros de 5 e até de 8%, confundiremos estas duas unidades cujos valores tanto se aproximam.

Gás de iluminação - Uma tonelada (1.000 quilos) de carvão de pedra produz em média 300 m³ de gás de iluminação.

Nos bicos combustores ao ar livre (borboleta, Manchester, tabletop, batswing etc.) há um consumo normal médio de 12 litros por hora e por vela, para os focos que se alimentam com 100 até 200 litros de gás em uma hora.

Nos focos recuperadores pelo ar quente, mais aperfeiçoados (Siemens, Wenham etc.), o gasto sendo de 300 até 1.600 litros, toca para cada vela-hora o consumo de 5 até 3,5 litros.

Nos bicos de incandescência Auer, gastando de 40 até 150 litros por hora, a despesa é de 1,8 até 1,5 litros por vela-hora.

Nos bicos Auer, com gás comprimido, consegue-se a despesa mínima de 1 litro por vela-hora.

Temos pois que os 300 m³ de gás de uma tonelada de carvão produzem, em:

bicos ao ar livre: 25.000 velas-hora;

bicos recuperadores: 70.600 velas-hora;

bicos Auer sem compressão: 150.000;

bicos Auer com compressão 300.000 velas-hora.

Luz elétrica

Motores de vapor - Se, em vez de reduzir a gás, tomássemos o carvão e o queimássemos sob boas caldeiras, aproveitando ova por em grandes máquinas das mais aperfeiçoadas, e transformando a força mecânica em corrente elétrica, chegaríamos ao valor efetivo de 1.020 cavalos-elétricos-hora, para cada tonelada de carvão.

É o caso da instalação atual da Cie. Parisienne d'Air Comprimé. Cada máquina conjugada com seu dínamo é servida por 4 caldeiras Belleville, das mais perfeitas e econômicas; e o dínamo gera 750.000 watts, ou 1.020 c-v-elétricos.

Nesse caso, o efeito em luz seria, conforme os diversos operadores:

Lâmpadas incandescentes de 10 até 35 velas, que consomem 3,5 watts por vela:

1.020 C x 736w  = 211.630 velas-hora

          3,5

Lâmpadas de 100 velas, consumindo 3 watts por vela

1.020 C x 736w  = 250.240 velas-hora

          3

Lâmpadas de 500 velas, absorvendo 2,4 watts por vela:

1.020 C x 736w  = 312.800 velas-hora

          2,4

Lâmpadas de arco de corrente alternativa de 400 a 1.500 velas, gastando 1,5 W por vela:

1.020 C x 736w  = 500.480 velas-hora

          1,5

Lâmpadas de arco de corrente contínua, de 300 a 600 velas, exigindo 1 watt por vela:

1.020 C x 736w  = 750.720 velas-hora

          1

de 600 a 2.000 velas, e de 0,8 W por vela

1.020 C x 736w  = 938.400 velas-hora

          0,8

Assim, pois, chega-se a uma relação inferior a 8 entre o rendimento luminoso do gás queimado em bicos no ar livre, e da energia do carvão transformada em eletricidade e recebida nas pequenas lâmpadas de incandescência.

Entre a combustão luminosa do gás e as lâmpadas de arco elétrico, essa relação ascenderia a 30 vezes.

Nos bicos Auer aperfeiçoados, o rendimento iguala e mesmo excede o das lâmpadas elétricas incandescentes.

Motores de gás - Suponhamos agora que o gás para iluminação seja aplicado em motores a fim de servir à geração da corrente elétrica.

Tomemos os motores de compressão e de explosão, dos melhores sob o ponto de vista teórico. Na prática, seriam os motores Otto, Simplex etc.

O consumo de gás por cavalo-hora (para motores de 50 a 100 cv de força) é de menos de 750 litros.

Sendo o rendimento do dínamo de 0,93, o número de velas-hora fornecido por esse meio em pequenas lâmpadas incandescentes, seria, para uma tonelada de carvão, de

300.000 l x 736w x 0,93  = 70.120 velas-hora

      750 l x 3,5 w

ou um efeito útil mais que triplo do da combustão luminosa simples.

Para lâmpadas de arco, tomando um watt por vela, o rendimento subiria a mais de 11 vezes.

Fontaine [6], empregando um motor Otto e um dínamo de Gramme, obteve um foco luminoso de intensidade igual à soma de 500 bicos ordinários de gás dos que consomem 140 litros por hora. o motor somente gastava 3 m³ de gás no mesmo tempo. Assim, os 3 m³ de gás forneceram em arco elétrico a mesma luz que 70 m³ queimando em bicos ao ar livre. A relação é de 23 vezes.

Motores de gás pobre - Mas, em vez de fabricar o gás de iluminação, é possível produzir gases de poder iluminante quase nulo, dotados entretanto de rendimento calorífico eficaz igualmente alto, e de efeitos verdadeiramente econômicos, quando empregados em motores especiais. Tais são os produtos denominados gás d'água e gás pobre.

Fazendo passar uma corrente de vapor d'água sobre carvão incandescente, obtém-se uma mistura mais ou menos rica de hidrogênio e de óxido de carbono, excelentes combustíveis. Se fosse possível obter a mistura em volumes iguais, o seu poder calorífico seria de cerca de 3.200 calorias. Na prática, em geral o produto obtido é de menos de 2.600 calorias por m³.

Ora, o bom gás de iluminação é capaz de cerca de 5.250 calorias, sob volume constante. Mas como este último exige para fazer explosão 5,5 vezes o seu volume de ar, ao passo que o gás pobre apenas se combina com 2,2 volumes de ar, temos que a temperatura final para o mesmo volume, e portanto o trabalho efetuado, é proximamente a mesma para o gás pobre e para o gás de hulha.

E como 1.000 quilogramas de carvão apenas produzem 300 m³ de gás de iluminação, ao passo que o mesmo peso de combustível pode produzir de 1.500 até 4.000 m³ de gás pobre, segue-se que existe uma grande vantagem no aproveitamento do combustível por este último processo.

No gasogênio Dawson obtém-se de 250 gramas de antracito um metro cúbico de gás de 15.00 calorias.

Assim, pela comparação teríamos:

Gás de hulha: 300 m³ x 5.250 cal. = 1.575.000 calorias.

Gás Dawson: 4.000 m³ x 1.500 cal. = 6.000.000 calorias, isto é, um poder calorífico quase quatro vezes superior.

Com outros gasogênios, hoje múltiplos e aperfeiçoados, obtém-se bons resultados, empregando carvões magros de pouco valor comercial, coque e outros combustíveis.

Em Warstein (Westphalia), empregando coque de Essen, obtiveram, por 1.000 quilos:

2.130 m³ x 4.000 cal. = 8.520.000 calorias.

Em todo caso, é fato praticamente verificado que, com os motores de gás pobre (Simplex, por exemplo), de 100 cavalos-vapor, o consumo é apenas de 450 gramas de hulha por cavalo-vapor-hora, ao passo que é o dobro nas boas máquinas de vapor da mesma força. Há, pois, uma economia de 50 por cento, pelo menos.

Quedas d'água.

Se passarmos a considerar os resultados obtidos empregando na iluminação a força hidráulica transformada em correntes elétricas, sobe de ponto a preeminência do inestimável recurso que aproveita de uma energia, por assim dizer gratuita e eterna, e dispensa toda e qualquer sorte de combustíveis, de dia para dia mais encarecidos.

Temos visto até aqui como, pelos diversos processos e variada modalidade nos aparelhos transformadores e nos receptores, o rendimento luminoso da energia potencial acumulada no carvão de pedra se pode mais e mais alevantar.

Desde a transformação do carvão em gás para ser queimado em bicos ao ar livre, até o aproveitamento em grandes lâmpadas de arco, da corrente elétrica gerada por máquinas de vapor, há uma perfeita escala ascendente no economizar da energia.

E, como nestes últimos aparelhos se consegue a intensidade luminosa de uma vela com o trabalho mecânico de um watt, fácil se torna a comparação referindo-nos a esta última unidade.

Uma tonelada de boa hulha, que por sua constituição possa produzir 300 m³ de gás iluminante, terá uma força calorífica de 8.200.000 calorias.

Queimando em uma hora produziria por segundo,

8.200.000 cal. x 424 kgm  = 1.117.872 quilogrametros

      3.600 segundos

que deveriam efetuar um trabalho de

1.117.872 kgm x 9,78m  = 11.531.367 watts.

Portanto, a energia aproveitada do carvão, nos diversos processos de fabricação de luz, seria:

Em bicos ao ar livre  25.000 velas-hora  = 0,0022.

                            11.500.000 watts

Em bicos Auer (sem compressão)  150.000 velas-hora  = 0,0130.

                                               11.500.000 watts

Em bicos Auer (com compressão)  300.000 velas-hora  = 0,0260.

                                               11.500.000 watts

Em lâmpadas incandescentes de 16 velas: 211.000 velas-hora  = 0,0184.

                                                          11.500.000 watts

Em lâmpadas de arco: 751.000 velas-hora  = 0,0653.

                               11.500.000 watts

São realmente insignificantes os algarismos que acabamos de apresentar.

Dir-se-ia que no recesso dos labirintos das combinações químicas, onde a natureza vai esconder os seus tesouros acumulados de energia, há princípios tão sutis e fugidios que por todas as maneiras negaceiam e escapam às mãos cúpidas do homem industrial.

As quedas d'água, essas parecem destinadas à justa compensação das agruras e das penas impostas ao tráfico do homem social, nas regiões em que elas se oferecem com freqüência. Por isso, a natureza as pôs à mostra, como que patenteando no fato físico o mais simples da gravitação, amplos caminhos para o melhor aproveitamento da energia.

Para derramar os benefícios das jazidas, o homem transporta o combustível e vai levá-lo aos confins da civilização, onde novos núcleos se hão de formar e consumi-lo.

Mas a mina da força hidráulica era como que presa ao local e apenas passível de pequenos deslocamentos; seu transporte importava em grandes perdas de energia e enormes dispêndios.

No incessante prosseguir das pesquisas para a dominação da matéria, veio a indústria científica no conhecimento da eletricidade transportando a força, o melhor servo até hoje descoberto.

Imaginemos agora uma corrente de água que faça cair, continuamente, na duração de 1 segundo, 1.000 litros (ou quilos), da altura de 100 metros.

Teríamos, como energia por segundo:

1.000 kg x 100 m = 100.000 quilogrametros;

ou, reduzindo à unidade de trabalho elétrico pelo fator aceleração da gravidade:

100.000 kgm x 9,79 m = 979.000 watts,

ou, em cavalos-vapor

979.000 w  = 1,333 cavalos-vapor.

  734 w

Esta força recolhida em bom motor hidráulico, transformada em eletricidade, conduzida à distância de 25 quilômetros, e adaptada aos fins da iluminação em aparelhos especiais, não perderia mais de 0,35 do seu valor virtual.

Assim, o rendimento luminoso da energia inicial seria representado pelos coeficientes:

Em lâmpadas incandescentes de intensidade média:

0,65     1w    = 0,1857;

        3,5 w

nas lâmpadas de arco, consumindo 1 watt por vela, seria o rendimento de

0,65.

Nesta última avaliação do aproveitamento das quedas d'água não nos referimos ao rendimento industrial, e sim ao rendimento absoluto. Foi o mesmo que fizemos para o carvão produzindo gás ou luz elétrica. É bem verdade que a força só começa a ter ação no eixo do receptor hidráulico, e igualmente só se torna utilizável no da máquina de vapor. Antes disso são energias todas virtuais.

Pois bem, ainda assim a eficácia do agente hidráulico é incomparavelmente superior.

O rendimento absoluto das excelentes máquinas de vapor da Compagnie Parisienne d'Air Comprimé, consumindo 750 gramas de carvão por cavalo indicado, seria de 0,10. Ao passo que o rendimento industrial seria o produto do rendimento das caldeiras (0,69) pelo das máquinas (0,73), isto é, 0,5037.

A máquina a vapor é considerada aparelho dos mais aperfeiçoados na sua contextura. Apesar de todos os progressos, o seu rendimento térmico ou absoluto não se eleva a mais de 0,13. É esse um rendimento excepcional, que ainda não entra nos hábitos da indústria, pois exige uma pressão de 13 quilos e vapor superaquecido a 350º.

O rendimento térmico máximo é de:

0,12 em máquinas de tríplice ou de quádrupla expansão, de força superior a 1.000 cv; correspondendo o consumo a 700 g de carvão por cv/hora;

0,11 a 0,09 em máquinas de expansão longa, de 200 a 1.000 cv; com a despesa de 750 a 850 g de carvão por cv/hora.

0,06 a 0,06 nas máquinas de condensação de força inferior a 100 cv, gastando 1.400 g de carvão por cv/hora;

0,04 a 0,03 em máquinas sem condensação, queimando 2.000 a 2.500 g de carvão por cavalo e por hora.

Nos receptores hidráulicos, o rendimento absoluto e o industrial se confundem. Hoje, as boas turbinas restituem até 0,80 da energia que lhes é confiada.

Daí por diante, entregue a força aos dínamos e outros transformadores e receptores, podem ambos os tipos de máquina, com igual vantagem, aproveitar dos grandes aperfeiçoamentos da recente indústria elétrica no transporte da força a distâncias consideráveis, e conseqüentes aplicações ao serviço da luz, tração e outros.

Além disso, o custo e as despesas de instalação de uma turbina, ou de uma roda de impulsão, orçam por um terço, quando muito pela metade da importância de uma máquina de vapor para o mesmo efeito.

Hoje, no caso referido, do transporte a 25 km de distância, é possível contar com a adução econômica de 0,81 da força no eixo das turbinas, e portanto 0,65 da força viva eterna e persistente das cachoeiras.

Experiências feitas o ano passado, em Ogden (Utah), nos Estados Unidos, mostram cabalmente quão dilatados vão ficando os limites comerciais, quanto à distância e à voltagem na transmissão da força. Refere F. O. Blackwell, que fez aqueles estudos:

A distância da transmissão era de 116 km. Foram transportados 1.000 cv em alta voltagem, que chegou até 30.000 volts, por meio de 3 arames de cobre de 7,35 mm de diâmetro, pesando 378 gramas por metro cada um.

Cuidadosas medições com voltímetros demonstraram que a perda não excedia de 9%, incluindo 4% dos transformadores.

Com correntes de 24.000 volts, empregaram em Salt Lake City 500 cv durante dois dias em motores síncronos e luzes. Apesar de enormes tempestades, que faziam descarregar repetidas vezes os pára-raios, motores e luzes funcionaram perfeitamente bem. A instalação onde foram feitas estas provas transmite normalmente, à distância de 64 quilômetros, 5.000 cv gerados em rodas de impulsão que aproveitam uma altura de queda de 122 metros.

Para servir à mesma cidade (Salt-Lake), há outra instalação hidráulica em Big-Cottonwood. Por mostrar o rendimento vantajoso da transmissão, indicamos-lhe as características.

A distância é de 22,5 quilômetros. Geram a força em 4 rodas Pelton, sob a carga de 112 m; e transmitem 2.400 cv sob o potencial de 10.500 volts, através de 12 arames de cobre de 7,3 mm de diâmetro, cada um dos quais pesa somente 370 g por metro. O efeito útil desta transmissão é de 0,85; e como as rodas de impulsão rendem 0,80, o rendimento final é de 0,68.

Como exemplo de transporte longo, apontaremos ainda três instalações econômicas que aproveitam as cachoeiras para força e mineração, todas nos Estados Unidos:

Telluride Power Transmission Co. (Utah), leva 1.000 cavalos-vapor de uma turbina até a distância de 88 km, empregando nos condutores a enorme tensão de 40.000 volts.

Southern California Power Co. (Redlands). A distância é de 137 quilômetros. Geram 4.000 cv em rodas de impulsão, sob uma queda de 228 m, e transmitem-nos sob a tensão de 30.000 volts.

S. Joaquim Electric Co. Fresno (Califórnia). A distância é de 56 quilômetros. A altura de queda é de 430 metros. Em rodas Pelton desenvolvem a força de 1.400 cavalos-vapor que percorre os fios, comprimida a 11.200 volts.

Custo comparado da luz de gás e luz elétrica

De quanto vimos vendo, ressalta desde logo uma superioridade incontestável para a iluminação elétrica. Muitas outras circunstâncias, porém, e aliás muitíssimo variáveis, pelas condições locais, têm de ser pesadas para definitiva escolha econômica.

E, como até agora tenhamos encarado a questão de modo vago e geral, vamos descer aos resultados práticos obtidos em instalações existentes.

Enumeremos alguns preços médios aproximados do gás e da luz elétrica em países da Europa e da América. No quadro infra figuram esses preços, bem como os do RIo de Janeiro, S. Paulo, Santos etc.

Todos os preços se referem ao câmbio de 27, exceto o custo da luz elétrica em S. Paulo, que é cobrado em moeda papel, bem como a luz elétrica de Juiz de Fora e o gás da Bahia.

Para o gás, o consumo por vela-hora é calculado contando:

12 litros nos bicos "borboleta",

5 litros nos bicos "recuperadores",

2 litros nos bicos "Auer".

Para eletricidade, tomamos o consumo de energia de:

3,5 watts por vela-hora, em lâmpadas de incandescência, e de

1 watt por vela-hora, nas lâmpadas de arco.

A letra "L" indica os dados fornecidos por P. Lauriol - Rapport á la municipalité de Paris 1898.

A letra "B" marca algarismos de Ad. Bouvier, da sociedade técnica da indústria do gás em França, apresentados no congresso de Nice em 1898.

A letra "K" refere-se às indicações gerais de E. Kennely - Amer. Journ. of electric. Engineers 1898.

"M" indica algarismos de F. Miron - Lumière electrique 1896.

"I" marca os dados colhidos na Inspetoria de Estradas de Ferro e Navegação de S. Paulo.

Estes algarismos, compreende-se, não podem ser senão aproximativos.

Com efeito, as circunstâncias muito diversificadas fazem variar em amplos limites os preços para cada localidade. Principalmente pela produção em larga escala, é possível baixar de muito o custo da unidade de luz.

Tomemos por exemplo algumas cidades da Alemanha; o custo que o quadro indica de 247,1 réis por quilowatt-hora, parece antes corresponder às instalações que contam mais de 1.000 kW de possança. Eis os algarismos citados por Miron:

A média seria de 328,64 réis por kW/hora, ao passo que nas grandes instalações o custo é muitíssimo inferior.

Em Berlim, a Sociedade das Fábricas de Eletricidade, com 11.300 kW de possança, e pagando 10% de imposto à municipalidade, vende a 52,25 rs. o kW/hora.

Em Hamburgo, perto de Zollverein, com 3.750 kW de possança, o kW/hora é vendido a 23,65 rs.

Na Inglaterra observa-se fato análogo:

A média seria de 242,24 rs. por kW/hora. Entretanto, em Newcastle, com uma força disponível de 43.700 kW, o kW/hora é vendido a apenas 105,90 réis.

Na Áustria, em Viena, para uma instalação de 1.500 kW, o preço do kW-hora é de 318 rs.

Na América do Norte, os preços que aparecem no quadro são exemplos de algumas instalações; mas o custo do kW/hora dado por Kennely (17,65 réis) é um preço ínfimo e que somente pode ser obtido em grandes instalações hidráulicas e sob condições as mais favoráveis.

O custo do kW de 16,28 réis em Johnson é inteiramente excepcional. É uma pequena instalação, a mais econômica do mundo, desinteressadamente feita pela municipalidade, em que até os diretores são do conselho da cidade, e nada percebem.

Em New York, nas 3.500 lâmpadas de arco que iluminam a cidade, sai o kW/hora a 78,5 rs.

Passemos agora a explicar a origem dos algarismos que aparecem no quadro, relativos a algumas localidades do Brasil.

Custo do gás no Rio de Janeiro - No relatório do Ministério da Indústria e Viação de 1897 acham-se os seguintes dados relativos ao consumo do ano de 1896:

Iluminação pública.......   5.484.000 m³

               particular.... 11.884.000 m³

                     Total.... 17.368.000

A luz pública custou rs. 921:892$000, afora as diferenças do câmbio. O preço do metro cúbico foi, pois, aproximadamente de rs. 170, a câmbio de 27.

Custo do gás em S. Paulo - Até 9 de outubro de 1897 era o preço 260 rs. por metro cúbico, em bicos de 9 velas, consumindo 100 litros por hora; portanto, o custo da vela-hora (a câmbio de 27) era de 2,89 rs.

A contar do novo contrato (outubro de 97), o custo é de 170 rs. por metro cúbico, em combustores de cerca de 10 velas, consumindo 100 litros por hora. Assim, o custo da vela-hora é atualmente de 1,7 réis, tanto pra a iluminação pública como para a de particulares.

Durante o ano de 1898 (relatório do secretário da Agricultura, de 1899), o consumo foi de:

Luz pública.......... 1.243.000 m³

Luz particular....... 2.757.000 m³

               Total... 4.000.000

Custo do gás em Santos - O preço foi estatuído num contrato feito em 21 de fevereiro de 1870, e que ainda hoje vigora.

Reza o contrato:

Art. 7º - luz equivalente à que é produzida por 9 velas spermaceti, das que queimam 120 grãos (7,776 gram.) por hora;

Art. 8º - a intensidade de sua força luminosa nunca será inferior à do gás que atualmente se fabrica na Corte;

Art. 15º - por cada hora de iluminação de cada lampião, até o número de 200, pagará a Câmara a quantia de 25 rs.;

Art. 17º - em moeda corrente do país, ao câmbio de 25.

O custo é, pois, de 25 rs. por 9 velas-hora a câmbio de 25. A câmbio de 27, 9 velas-hora custariam 23,148 rs.

Para calcular exatamente o preço do metro cúbico, seria necessário conhecer o título do gás da Corte em 1870. Em todo caso, com os bicos ordinários e processos de fabricação empregados, o rendimento não será inferior a 100 velas-hora por metro cúbico. Foi essa a base que tomamos no quadro.

Custo da luz elétrica em S. Paulo - Bem que até hoje poucas e limitadas sejam as instalações de luz elétrica em S. Paulo, todavia, considerando as existentes, repartem-se elas em dois grupos distintos: as produzidas por máquinas de vapor, e as geradas por motores hidráulicos.

Dos dados obsequiosamente fornecidos pela Inspetoria de Estradas de Ferro e navegação, bem como dos que se colhem no relatório de 1895, e nas Notas para a concorrência à iluminação por gás em S. Paulo, todos trabalhos valiosos daquela repartição, deduzimos as médias aproximadas que figuram no quadro.

Sob motores a vapor, contamos: S. Paulo, Jacareí e Casa Branca; de instalações hidráulicas: S. Carlos, Piracicaba, Amparo e S. José do Rio Pardo.

O custo da vela, em média, seria:

Luz elétrica a vapor.... 4 rs.

Luz elétrica por água... 2 rs.

Tais preços independem do câmbio. Todavia, tomando para base o atual (de 7), chegaríamos aos seguintes algarismos:

Custo da vela-hora a vapor..... 1,04 rs.

Custo da vela-hora por água... 0,52 rs.

A maior instalação existente é a da Companhia Água e Luz. Ainda em 1896, o custo mensal da lâmpada de 16 velas, a 4 horas por noite, foi de 8$000. Saía a vela-hora por 4,17 rs. As taxas cobradas pela Companhia variam bastante, conforme a proporção da energia fornecida a cada consumidor; mas têm baixado progressivamente. Assim, durante o ano de 1896, tiveram para média geral do kW/hora a renda bruta de cerca de 1$000.

Depois de montadas maiores máquinas, o consumo alargou-se; e, do último relatório, parece que se pode concluir um abaixamento de tarifa. Com efeito, durante o mês de dezembro de 1898, trabalhando as máquinas em plena carga, deduz-se o emprego da energia de 34.000 kW/hora. O produto foi de 25:000$; logo, o kW rendeu em média 730 rs. E a vela-hora pode ser calculada a 2,92 rs.

No mesmo mês de dezembro de 1898, cobrou a Companhia de Gás de S. Paulo (dos particulares) 580 réis por metro cúbico, ou 5,5 réis por vela-hora; logo a relação de preço foi:

 vela-gás        =  5,50   = 1,88;

vela-elétrica        2,92

isto é, a luz de gás custou quase duas vezes mais caro do que a luz das lâmpadas incandescentes elétricas.

Agora, em circular de 1º de setembro de 1899, anuncia a Água e Luz lâmpadas de 16 velas por 6 horas diárias a 8$000 mensais. Sai a vela-hora por 2,78 réis; e o kW/hora custa quase 800 réis.

Procuremos deduzir algumas conseqüências sugeridas pelos algarismos e anotações ao quadro acima.

Quanto ao gás no estrangeiro, nota-se que o custo da vela-hora em combustores ao ar livre varia de 0,9 a 0,5 do real; ao passo que o da mesma unidade para luz elétrica em lâmpadas de incandescência, posto entre os limites muito afastados, de 1,2 até 0,06, não se presta a uma avaliação média. Se, porém, tomarmos somente a Alemanha, Áustria, França, Inglaterra e Suíça teremos para o gás 0,76 réis, e para a luz elétrica de incandescência 0,90 réis.

Na realidade, o preço geral da luz elétrica gerada por máquina de vapor, atualmente, na Europa, é igual e mesmo inferior ao da iluminação a gás. O coeficiente na Inglaterra, que faz baixar o preço de gás, é anormal, pois que, enquanto muitas cidades da Alemanha e da Suíça tiram renda da iluminação, na Inglaterra procura-se o preço ínfimo, sendo em lugares o custo do metro cúbico de gás apenas de 28 rs., o que daria para vela-hora 0,35 rs.[7].

Nos Estados Unidos podemos tomar como média do custo do metro cúbico de gás 60 rs., ou para a vela-hora 0,66 rs.

Para motores de vapor, o custo médio da vela-hora em lâmpadas elétricas incandescentes é de 0,42 rs., ou 30% mais barato do que o gás.

O que, realmente, permite à luz elétrica assumir posição econômica grandemente vantajosa, é a instalação hidráulica. Assim, a vela-hora custa:

Moutier (Suíça) ............................. 0,245 rs.

Granada (Espanha) ........................ 0,238 rs.

Schwiz (Suíça)  ............................. 0,121 rs.

Johnson (Estados Unidos) ................ 0,057 rs.

Salt Lake City (lâmpada de arco) ....... 0,023 rs.

Já anteriormente vimos como no estado de São Paulo claramente se destacam as fábricas hidráulicas, produzindo luz por metade do preço das oficinas de vapor.

E, se ainda fosse necessário provar a incomparável vantagem das quedas d'água, bastaria citar lugares nos Estados Unidos (Pennsilvania) onde, apesar de reduzido a um mínimo quase fabuloso (1 dólar), o custo da tonelada de carvão, e não obstante a larga exploração de gases naturais combustíveis para o serviço de muitas oficinas fabris, ainda assim a força das cachoeiras é aproveitada, não somente em grande número de indústrias, como também, e principalmente, para a fabricação de luz elétrica.

Luz incandescente por gás - Na comparação que vimos fazendo, propositalmente deixamos de parte a luz de incandescência do gás, realizada me bicos de Auer, que figura no quadro. Aqueles algarismos, que representam apenas o valor do gás consumido, dariam para custo médio da vela-hora 0,1152 rs. - preço mínimo, e que só poderia ser excedido pela incandescência elétrica, nos casos especiais de algumas das instalações hidráulicas apontadas há pouco.

Nas fábricas a vapor, apenas em algumas localidades dos Estados Unidos, igualaria ao preço ínfimo das velas-hora acumuladas nas grandes lâmpadas de arco.

Nesse caso, mesmo à energia produzida pelas quedas d'água, seria difícil a luta com o feliz invento do gás incandescente.

Na prática, porém, o custo torna-se muito mais elevado pelas despesas variáveis que acarretam a renovação e conserva dos manguitos, combustores, chaminés etc., verba essa no mínimo de 0,1800 rs. por vela-hora; em focos Auer de 30 velas, seria de 0,2 rs.; digamos, a terça parte do preço da luz elétrica a vapor, em lâmpadas incandescentes de igual intensidade.

Tão somente a luz das instalações hidráulicas pode vencer em economia a do sistema Auer.

Luz incandescente por gás d'água - Em experiências mandadas fazer pela municipalidade de Viena, em 1896, foi comparada esta luz com a dos bicos ao ar livre, alimentados por gás de hulha.

Um bico Auer, suprido por gás d'água, dava 105 velas, e consumia 228 litros por hora.

O bico borboleta, de gás comum, produzia 15 velas-hora por 140 litros.

O efeito útil do gás d'água era, pois, 4,3 vezes maior que o do comum.

O custo é 3,3 vezes menor. Mas as despesas com o foco Auer baixam a relação, que no caso ficou sendo:

  Vela-hora Auer       =    1    = 0,0952

Vela-hora borboleta      10,5

Infelizmente o gás d'água, quando não é purificado, produz sobre os manguitos um depósito de óxido de ferro, que lhes reduz de muito a duração. Não tardará, porém, que apareçam os processos de purificação de economia correlata à do fabrico desse gás.

[1] BERTHELOT, Chimie organique.

[2] BERTHELOT, Chimie organique.

[3] TRUCHOT - Éclairage à l'incandescence. 1899.

[4] Quantidade de luz emitida normalmente por um centímetro quadrado de platina no momento de sua solidificação.

[5] A lâmpada Carcel tipo é a que consome por hora 42 gramas de azeite de colza purificado.

[6] M. HYPPOLITE FONTAINE, Eclairage electrique.

[7] P. LAURIOL, Rapport à la Municipalité de Paris, 1898.