Rede de energia hidráulica - Hydraulic power network

A estação de bombeamento e acumulador hidráulico em Bristol Docks

Uma rede de energia hidráulica é um sistema de tubos interconectados transportando líquido pressurizado usado para transmitir energia mecânica de uma fonte de energia, como uma bomba , para equipamentos hidráulicos como elevadores ou motores. O sistema é análogo a uma rede elétrica que transmite energia de uma estação geradora para os usuários finais. Apenas algumas redes de transmissão de energia hidráulica ainda estão em uso; o equipamento hidráulico moderno possui uma bomba embutida na máquina. No final do século 19, uma rede hidráulica pode ter sido usada em uma fábrica, com uma máquina a vapor central ou turbina hidráulica acionando uma bomba e um sistema de tubos de alta pressão transmitindo energia para várias máquinas.

A ideia de uma rede pública de energia hidráulica foi sugerida por Joseph Bramah em uma patente obtida em 1812. William Armstrong começou a instalar sistemas na Inglaterra a partir de 1840, usando água de baixa pressão, mas um grande avanço ocorreu em 1850 com a introdução do acumulador hidráulico , o que permitiu o uso de pressões muito mais altas. A primeira rede pública, abastecendo muitas empresas, foi construída em Kingston upon Hull , Inglaterra. A Hull Hydraulic Power Company começou a operar em 1877, com Edward B. Ellington como seu engenheiro. Ellington estava envolvido na maioria das redes britânicas e em alguns lugares mais distantes. As redes públicas foram construídas na Grã-Bretanha em Londres , Liverpool , Birmingham , Manchester e Glasgow . Havia redes semelhantes em Antuérpia , Melbourne , Sydney , Buenos Aires e Genebra . Todas as redes públicas haviam cessado de operar em meados da década de 1970, mas o porto de Bristol ainda possui um sistema operacional, com um acumulador situado fora da casa-bomba principal, permitindo que seu funcionamento seja facilmente visualizado.

História

Joseph Bramah , um inventor e serralheiro que mora em Londres, registrou uma patente no London Patent Office em 29 de abril de 1812, que era principalmente sobre o fornecimento de uma rede pública de abastecimento de água, mas incluía um conceito secundário para o fornecimento de um sistema de alta pressão água principal, que permitiria às oficinas operar máquinas. A água de alta pressão seria aplicada "para uma variedade de outros propósitos úteis, aos quais o mesmo nunca foi antes aplicado." Os principais componentes do sistema eram um anel principal, no qual várias estações de bombeamento bombeariam a água, com a pressão sendo regulada por vários vasos de ar ou pistões carregados. As válvulas de alívio de pressão protegiam o sistema, que ele acreditava poder fornecer água a uma pressão de "uma grande pluralidade de atmosferas" e, em conceito, era assim que funcionavam os sistemas hidráulicos posteriores.

Em Newcastle upon Tyne , um advogado chamado William Armstrong , que fazia experiências com máquinas movidas a água, trabalhava para uma firma de advogados designada para agir em nome da Whittle Dene Water Company. A companhia de água foi criada para fornecer água potável a Newcastle, e Armstrong foi nomeado secretário na primeira reunião de acionistas. Logo depois, ele escreveu ao Conselho Municipal de Newcastle, sugerindo que os guindastes no cais deveriam ser convertidos para energia hidráulica. Ele foi obrigado a realizar a obra às suas próprias custas, mas seria recompensado se a conversão fosse um sucesso. Foi, e ele fundou a Newcastle Cranage Company, que recebeu um pedido para a conversão dos outros quatro guindastes. Outros trabalhos se seguiram, com o engenheiro de Liverpool Docks visitando Newcastle e ficando impressionado com uma demonstração da versatilidade do guindaste, dada pelo operador de guindaste John Thorburn, conhecido localmente como "Hydraulic Jack".

Enquanto o sistema de Newcastle funcionava com água do abastecimento público de água, o guindaste instalado por Armstrong em Burntisland não estava localizado onde tal opção fosse possível, então ele construiu uma torre de 180 pés (55 m), com um tanque de água no superior, que foi abastecido por um motor a vapor de 6 HP (4,5 kW). Em Elswick, em Glasgow, as cobranças do Departamento de Água da Corporação pela água usada persuadiram os proprietários de que o uso de um guindaste a vapor seria mais barato. O conceito de "pistões carregados" da Bramah foi introduzido em 1850, quando o primeiro acumulador hidráulico foi instalado como parte de um esquema de guindastes para a ferrovia Manchester, Sheffield e Lincolnshire . Um esquema para guindastes em Paddington no ano seguinte especificou um acumulador com um pistão de 10 polegadas (250 mm) e um curso de 15 pés (4,6 m), o que permitiu que fossem atingidas pressões de 600 libras por polegada quadrada (41 bar). Comparado com 80 psi (5,5 bar) do esquema de Newcastle, esse aumento de pressão reduziu significativamente os volumes de água usados. Os guindastes não eram a única aplicação, e a operação hidráulica dos portões do cais em Swansea reduziu o tempo de operação de 15 para dois minutos e o número de homens necessários para operá-los de doze para quatro. Cada um desses esquemas era para um único cliente, e a aplicação de energia hidráulica geralmente exigia um novo modelo.

Poder público no Reino Unido

Estação de bombeamento hidráulico da Machell Street em Hull, mostrando o tanque de decantação de água no telhado

Kingston upon Hull

A primeira instalação prática que forneceu energia hidráulica ao público foi em Kingston upon Hull , na Inglaterra. A Hull Hydraulic Power Company começou a operar em 1876. Eles tinham 2,5 milhas (4,0 km) de tubos, que tinham até 6 polegadas (150 mm) de diâmetro, e corriam ao longo da margem oeste do rio Hull da ponte de Sculcoates até sua junção com o Humber . A estação de bombeamento ficava perto da extremidade norte do oleoduto, na Machell Street, perto da ponte basculante desativada da Scott Street, que era movida hidraulicamente. Havia um acumulador na Machell Street e outro muito mais perto de Humber, na esquina da Grimsby Lane. Uma provisão especial foi feita onde o cano principal de pressão passava sob a entrada de Queens Dock. Em 1895, bombas avaliadas em 250 hp (190 kW) bombeavam cerca de 500.000 galões imperiais (2.300 m ³ ) de água no sistema a cada semana, e 58 máquinas eram conectadas a ele. A pressão de trabalho era de 700 psi (48 bar) e a água era usada para operar guindastes, portões de doca e uma variedade de outras máquinas conectadas a navios e construção naval. O sistema Hull durou até a década de 1940, quando o bombardeio sistemático da cidade durante a Segunda Guerra Mundial levou à destruição de grande parte da infraestrutura, e a empresa foi encerrada em 1947, quando o Sr. FJ Haswell, que havia sido o gerente e engenheiro desde 1904, aposentado.

O homem responsável pelo sistema Hull foi Edward B. Ellington , que havia se tornado diretor administrativo da Hydraulic Engineering Company, com sede em Chester, desde que ingressou nela em 1869. Na época de sua instalação, tal esquema parecia "um salto no escuro", de acordo com RH Tweddell escrevendo em 1895, mas apesar da falta de entusiasmo pelo esquema, Ellington seguiu em frente e o usou como um banco de ensaio para os aspectos mecânicos e comerciais da ideia. Ele acabou se envolvendo em algum nível na maioria das redes de energia hidráulica da Grã-Bretanha. O sucesso de tais sistemas os levou a serem instalados em lugares tão distantes como Antuérpia na Bélgica, Melbourne e Sydney na Austrália e Buenos Aires na Argentina.

Redes independentes de energia hidráulica também foram instaladas nas docas de Hull - tanto Albert Dock (1869) quanto Alexandra Dock (1885) instalaram estações geradoras hidráulicas e acumuladores.

Londres

A rede hidráulica pública mais conhecida era a rede municipal da London Hydraulic Power Company . Esta foi formada em 1882, como General Hydraulic Power Company, com Ellington como engenheiro consultor. Em 1883, outro empreendimento, Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, tinha começado a operar, com 7 milhas (11 km) de adutoras de pressão em ambas as margens do rio Tamisa . Estes forneciam guindastes, portões de doca e outras máquinas pesadas. Sob os termos de uma Lei do Parlamento obtida em 1884, as duas empresas se fundiram para se tornar a London Hydraulic Power Company. Fornecendo inicialmente 17,75 milhões de galões (80,7 megalitros) de água de alta pressão por dia, aumentou para 1.650 milhões de galões (7.500 megalitros) em 1927, quando a empresa estava alimentando cerca de 8.000 máquinas com o fornecimento. Eles mantiveram 184 milhas (296 km) de canos principais a 700 psi (48 bar), que cobriam uma área que chegava a Pentonville no norte, Limehouse no leste, Nine Elms e Bermondsey no sul e Earls Court e Notting Hill no oeste.

O equipamento de bombeamento preservado na estação de bombeamento de Wapping, que era propriedade da London Hydraulic Power Company

Cinco estações elevatórias mantinham a rede pressurizada, auxiliadas por acumuladores. A estação original era em Falcon Wharf, Bankside, mas foi substituída por quatro estações em Wapping, Rotherhithe, Grosvenor Road em Pimlico e City Road em Clerkenwell. Uma quinta estação em East India Docks foi originalmente operada pela Autoridade do Porto de Londres , mas foi assumida e conectada ao sistema. As estações usaram motores a vapor até 1953, quando a estação Grosvenor Road foi convertida para o uso de motores elétricos e, após o sucesso do projeto, as outras quatro também foram convertidas. Os motores elétricos permitiam o uso de acumuladores muito menores, já que eles controlavam apenas a pressão e o fluxo, em vez de armazenar energia. Embora a rede fornecesse elevadores, guindastes e portões de doca, ela também alimentou a plataforma cabaré no Savoy Hotel e, a partir de 1937, o piso central de 720 toneladas de três seções no Earls Court Exhibition Centre , que poderia ser elevado ou abaixado em relação ao andar principal a converter entre piscina e sala de exposições. O sistema de Londres sofreu uma contração durante a Segunda Guerra Mundial, devido à destruição de máquinas e instalações de clientes. Após as hostilidades, grandes áreas de Londres foram reconstruídas e o redirecionamento de canos principais de pressão foi muito mais difícil do que o fornecimento de energia elétrica, de modo que em 1954 o número de máquinas caiu para 4.286. A empresa foi encerrada em 1977.

Liverpool

Um sistema começou a operar em Liverpool em 1888. Era um desdobramento da General Hydraulic Power Company, com sede em Londres, e foi autorizado por atos do Parlamento obtidos em 1884 e 1887. Em 1890, cerca de 16 milhas (26 km) de canos principais haviam sido instalado, fornecido por uma estação de bombeamento em Athol Street, às margens dos canais de Leeds e Liverpool . Embora a água fosse originalmente retirada do canal, água mais limpa fornecida pela Liverpool Corporation estava em uso em 1890, eliminando a necessidade de uma planta de filtração. Nesse momento, dois conjuntos de bombas estavam em uso e um terceiro estava sendo instalado. A pressão foi mantida por dois acumuladores, cada um com um pistão de 18 polegadas (460 mm) de diâmetro com um curso de 20 pés (6,1 m). O engenheiro prático citou a pressão como 75 libras por polegada quadrada (5,2 bar), mas é improvável que seja correto em comparação com outros sistemas. Uma segunda estação de bombeamento na Grafton Street estava operacional em 1909. O sistema parou de funcionar em 1971.

Birmingham

Birmingham obteve seu sistema em 1891, quando a estação hidráulica da Dalton Street foi inaugurada. Em um movimento incomum, JW Gray, o engenheiro do Departamento de Água da cidade, colocou canos de pressão sob as ruas por alguns anos, antecipando a necessidade de tal sistema. A estação hidráulica usava motores a gás do tipo Otto 'Silent' e tinha dois acumuladores, com um pistão de 18 polegadas (460 mm) de diâmetro, um curso de 20 pés (6,1 m) e cada um carregado com um peso de 93 toneladas. Os motores a gás eram acionados por um pequeno motor hidráulico, que aproveitava a energia hidráulica armazenada nos acumuladores, e todo o equipamento era fornecido pela empresa de Ellington. Existem poucos documentos que descrevem os detalhes do sistema.

Manchester e Glasgow

Os dois últimos sistemas públicos na Grã-Bretanha foram em Manchester , comissionado em 1894, e Glasgow , comissionado no ano seguinte. Ambos foram equipados pela empresa de Ellington e usaram a pressão mais alta de 1.120 psi (77 bar). Isso foi mantido por seis conjuntos de motores a vapor de tripla expansão, com potência nominal de 200 HP (150 kW) cada. Foram instalados dois acumuladores com pistões de 18 polegadas (460 mm) de diâmetro, um curso de 23 pés (7,0 m) e carregados com 127 toneladas. Em Manchester, a estação hidráulica foi construída no lado leste da Gloucester Street, pela estação ferroviária Manchester Oxford Road . Posteriormente, foi complementado por estações na Water Street e Pott Street, esta última agora sob os estacionamentos do Central Retail Park. Em seu pico na década de 1930, o sistema consistia em 35 milhas (56 km) de tubos, que eram conectados a 2.400 máquinas, a maioria das quais era usada para enfardar algodão. O sistema foi encerrado em 1972. Em Glasgow, a estação de bombeamento ficava no cruzamento da High Street com a Rottenrow. Em 1899, fornecia energia para 348 máquinas e outras 39 estavam em processo de conclusão. Os tubos tinham 7 polegadas (180 mm) de diâmetro e cerca de 30 milhas (48 km) deles em 1909, quando 202.141 galões imperiais (918,95 m ³ ) de água de alta pressão foram fornecidos aos clientes. O sistema foi encerrado em 1964.

Sistemas fora do Reino Unido

Antuérpia

Todos os sistemas britânicos foram projetados para fornecer energia para processos intermitentes, como a operação de portões de docas ou guindastes. O sistema instalado em Antuérpia era um pouco diferente, pois seu objetivo principal era a produção de eletricidade para iluminação. Foi comissionado em 1894 e usava motores de bombeamento produzindo um total de 1.000 HP (750 kW) para fornecer água a 750 psi (52 bar). Ellington, escrevendo em 1895, afirmou que achava difícil ver que este era um uso econômico da energia hidráulica, embora os testes conduzidos em suas obras em Chester em outubro de 1894 mostrassem que eficiências de 59 por cento poderiam ser alcançadas usando uma roda Pelton diretamente acoplado a um dínamo.

Austrália

Dois sistemas principais foram construídos na Austrália. A primeira foi em Melbourne , onde a Melbourne Hydraulic Power Company começou a operar em julho de 1889. A empresa foi autorizada por uma lei do Parlamento vitoriano aprovada em dezembro de 1887, e a construção do sistema começou, com Coates & Co. atuando como engenheiros consultores e George Swinburne trabalhando como gerente de engenharia. A planta de bombeamento de vapor foi fornecida pela Abbot & Co. da Inglaterra. A expansão foi rápida, com cerca de 70 máquinas, principalmente elevadores hidráulicos, conectadas ao sistema no final de 1889, e uma terceira máquina a vapor teve de ser instalada em meados de 1890, o que mais que dobrou a capacidade do sistema. Um quarto motor de bombeamento foi adicionado em 1891, quando já havia 100 clientes conectados à rede elétrica. Os canos principais eram uma mistura de tubos de 4 polegadas (100 mm) e 6 polegadas (150 mm). A água foi extraída do rio Yarra até 1893, após o que foi retirada do abastecimento do Departamento de Obras Públicas. Havia cerca de 16 milhas (26 km) de canos principais em 1897. Uma segunda estação de bombeamento foi adicionada em 1901 e, em 1902, 102 milhões de galões (454 megalitros) de água pressurizada foram usados ​​pelos clientes.

O sistema foi operado como uma empresa comercial até 1925, após o qual o negócio e seus ativos foram revertidos para a cidade de Melbourne, conforme especificado no ato original. Uma das primeiras melhorias feitas pela Câmara Municipal foi consolidar o sistema. As bombas a vapor foram substituídas por novas bombas elétricas, localizadas na usina de Spencer Street , que forneciam energia elétrica e hidráulica para a cidade. O sistema hidráulico continuou a operar sob propriedade municipal até dezembro de 1967.

Em janeiro de 1891, um sistema em Sydney entrou em operação, tendo sido autorizado por lei do Parlamento em 1888. George Swinburne foi novamente o engenheiro, e o sistema estava fornecendo energia para cerca de 200 máquinas em 1894, que incluía 149 elevadores e 20 docas guindastes. A empresa operadora era Sydney and Suburbs Hydraulic Power Company, mais tarde abreviada para Sydney Hydraulic Power Company. As condutas de pressão tinham 4 polegadas (100 mm) ou 6 polegadas (150 mm) de diâmetro e, no seu pico, havia cerca de 50 milhas (80 km) de canos principais, cobrindo uma área entre Pyrmont , Woolloomooloo e Broadway . Em 1919, a maioria dos 2.369 elevadores na área metropolitana eram operados hidraulicamente. A estação de bombeamento, junto com dois acumuladores, estava situada no distrito de Darling Harbour , e os motores a vapor originais foram substituídos por três motores elétricos acionando bombas centrífugas em 1952. O esquema permaneceu em propriedade privada até seu fim em 1975, e a estação de bombeamento desde então, foi reutilizada como uma taberna.

Buenos Aires

O sistema de Ellington em Buenos Aires foi projetado para operar um esquema de bombeamento de esgoto na cidade.

Genebra

Genebra criou um sistema público em 1879, usando uma máquina a vapor de 300 hp (220 kW) instalada na Pont de la Machine para bombear água do Lago de Genebra, que fornecia água potável e pressurizada para a cidade. A energia da água foi usada por cerca de uma centena de pequenas oficinas com motores de água do tipo Schmid instalados. A potência dos motores estava entre 1 e 4 cv (0,75 e 2,98 kW) e a água era fornecida a uma pressão de 2 a 3 bar (29 a 44 psi).

Devido ao aumento da demanda, uma nova planta de bombeamento foi instalada, a qual começou a operar em 1886. As bombas eram acionadas por turbinas Jonval usando a energia hídrica do rio Ródano . Essa estrutura se chamava Usine des Forces Motrices e era uma das maiores estruturas de geração e distribuição de energia na época da construção. Em 1897, um total de 18 turbinas foram instaladas, com uma potência combinada de 3,3 MW.

A rede de distribuição usou três níveis de pressão diferentes. O abastecimento de água potável utilizou a pressão mais baixa, enquanto as adutoras intermediárias e de alta pressão funcionaram como redes de energia hidráulica. A rede de pressão intermediária operava a 6,5 ​​bar (94 psi) e em 1896 cerca de 51 milhas (82 km) de tubulação haviam sido instaladas. Foi usado para alimentar 130 motores aquáticos do tipo Schmid com uma potência bruta de 230 hp (170 kW). A rede de alta pressão tinha uma pressão operacional de 14 bar (200 psi) bar e um comprimento total de 58 milhas (93 km). Ele era usado para alimentar 207 turbinas e motores, bem como acionadores de elevador, e tinha uma potência bruta de 3.000 HP (2.200 kW).

Muitas turbinas foram usadas para acionar geradores para iluminação elétrica. Em 1887, uma usina de geração de eletricidade foi construída ao lado da casa de força, que gerou 110 V DC com uma potência máxima de 800 hp (600 kW) e uma rede CA com uma potência máxima de 600 hp (450 kW). Os geradores eram acionados por turbina hidráulica fornecida pela rede hidráulica. A rede de energia hidráulica não competia com o fornecimento de energia elétrica, mas era vista como um complemento a ela, e continuou a fornecer energia a muitos clientes até a crise econômica dos anos 1930, quando a demanda por água pressurizada como fonte de energia diminuiu . O último motor de água foi desativado em 1958.

Para evitar o aumento excessivo de pressão na rede hidráulica, uma válvula de escape foi instalada ao lado do hall principal da casa de força. Uma fonte alta de água, o Jet d'Eau , era ejetada pelo dispositivo sempre que era ativado. Isso normalmente acontecia no final do dia, quando as fábricas desligavam suas máquinas, dificultando o controle da pressão no sistema e o ajuste do fornecimento de água pressurizada para atender à demanda real. A fonte alta era visível de grande distância e se tornou um marco na cidade. Quando foi encontrada uma solução de engenharia que tornou a fonte redundante, houve um clamor, e em 1891 ela foi transferida para sua localização atual no lago, onde funcionava apenas como atração turística, embora a água para criá-la ainda viesse do rede hidráulica.

Resumo

Legado

O acumulador hidráulico externo em Bristol Harbor

O porto de Bristol ainda tem um sistema de trabalho, cujas máquinas de bombeamento foram fornecidas por Fullerton, Hodgart e Barclay de Paisley , Escócia em 1907. A casa das máquinas é um edifício listado de grau II * , construído em 1887, totalmente comissionado em 1888, com um torre em uma extremidade para abrigar o acumulador hidráulico. No exterior do edifício foi instalado um segundo acumulador (datado de 1954) que permite uma visualização mais fácil do funcionamento do sistema.

Uma série de artefatos, incluindo os edifícios usados ​​como estações de bombeamento, sobreviveram ao desaparecimento das redes públicas de energia hidráulica. Em Hull, a estação de bombeamento da Machell Street foi reutilizada como oficina. O prédio ainda sustenta o tanque seccional de ferro fundido usado para permitir o assentamento das águas do Rio Hull, e é marcado por uma placa azul , para comemorar sua importância. Em Londres, a estação elevatória de Bermondsey, construída em 1902, funciona como uma obra de engenharia, mas conserva sua chaminé e torre acumuladora, enquanto a estação de Wapping está praticamente completa, conservando todos os seus equipamentos, ainda em funcionamento. O edifício é classificado como grau II * devido à sua integridade.

Em Manchester, a estação de bombeamento Water Street, construída em estilo barroco entre 1907 e 1909, foi usada como oficinas para o City College, mas faz parte do Museu de História do Povo desde 1994. Um dos conjuntos de bombeamento foi transferido para o Museu da Ciência e Indústria , onde foi restaurado para funcionar e faz parte de uma exposição maior sobre energia hidráulica. As bombas foram feitas pela firma de Manchester de Galloways.

Genebra ainda tem sua fonte Jet d'Eau, mas desde 1951 ela é alimentada por uma estação de bombeamento parcialmente submersa, que usa a água do lago em vez do abastecimento de água da cidade. Duas bombas Sulzer , chamadas Jura e Salève, criam uma fonte que se eleva a uma altura de 460 pés (140 m) acima da superfície do lago.

Veja também

• Transmissão de energia
• Hidroeletricidade de armazenamento bombeado
• Tubo pneumático

Bibliografia

Referências

Literatura