ARCO VOLTAICO IMPULSIONA A FASE PRÉ-ELÉTRICA – HISTÓRIA DA ILUMINAÇÃO – CAP. 4
Apesar da evolução do gás, que já se consolidava como fonte provedora de luz nas ruas e residências, surgiram novas oportunidades de gerar luz com a descoberta da incandescência e da descarga elétrica. Coube a Humphry Davy, em 1802, dar a partida em ambas direções, após Alexandre Volta ter descoberto, dois anos antes na Inglaterra, a primeira fonte prática de corrente elétrica – a pilha voltaica. Mas um dos maiores empecilhos era a necessidade de regulação do espaçamento entre os eletrodos, que variava ao longo do uso. Isso implicava em complexos mecanismos de controle. Davy conseguiu causar a incandescência de vários pedaços de metal através da corrente elétrica e também descobriu o princípio do arco elétrico.
Assim, em 1802, apresentava à Academia de Ciências de Londres o fenômeno da luz artificial pela incandescência de um fio de platina, alimentado por uma bateria de pilhas trilha. Em 1808, fez nova demonstração em grande escala de um arco elétrico luminoso contínuo entre dois pedaços de carbono, ligados em uma bateria de duas mil células voltaicas. Mas a aplicação prática da luz elétrica só começou depois de 1850 com o surgimento dos primeiros geradores a vapor.
O desenvolvimento da lâmpada de arco voltaico ficou estagnado por falta de uma fonte de energia elétrica apropriada. E as empresas de gás investiram na lâmpada com camisa a gás, como forma de dar uma resposta adequada à lâmpada elétrica incandescente. Essa iniciativa foi um tremendo sucesso, provocando grande atraso no desenvolvimento da luz elétrica. No entanto, em 1846, William Edwards Staite patenteou várias melhorias, porém a mais importante foi um dispositivo que mantinha as varetas de carbono na distância correta durante a queima, utilizando um eletroímã derivado, através do qual fluía a corrente na lâmpada. O problema era a queda na corrente, pois sua força enfraquecia, à medida que os carbonos se queimavam e o arco alongava.
Outros cientistas tentaram resolver esse problema, até que, em 1859, Serrin encontrou um método de manter a posição do arco, mas não conseguiu resolver a desigualdade da queima dos carbonos positivos e negativos.
Estudos posteriores feitos por Crompton, na Inglaterra, e Brush e Wallace-Farmer, nos Estados Unidos, criaram um sistema onde a voltagem era controlada através do arco e a regulagem era feita por um condutor eletromagnético de resistência comparativamente alta, mas ainda era necessário ter um eletroímã em série para acender a lâmpada.
Mas foi em 1880 que a lâmpada diferencial de carbono foi desenvolvida, por iniciativa de Crompton e Pochin, na Inglaterra, e Friedrich Hefner-Alteneck, na Alemanha. Esta lâmpada mantinha a força de luz constante através do controle de voltagem e teve a corrente do arco e o mecanismo regulador consideravelmente melhorados por um escapamento, cujo funcionamento era provido de rodas e molas engrenadas.
Já, o primeiro sucesso veio com a brilhante solução encontrada pelo engenheiro russo Paul Jablockhoff, em 1875, que viabilizou a utilização da iluminação artificial em larga escala ao inventar uma solução totalmente diferente para a lâmpada autorreguladora. A chamada “luz Jablochkoff” usava duas varetas de carbono finas, paralelas, separadas por uma camada de caolina ou gesso.
Dessa forma, o arco ficava restrito à ponta do carbono, que se esmigalhava, à medida que o carbono queimava, ou seja, o desgaste dos eletrodos pelo arco elétrico volatilizava também o isolante, de modo que o arco se mantinha “aceso”, sem alteração do espaçamento entre os eletrodos. Essa luz tinha duração média de apenas nove minutos, pois uma vez apagada não podia ser reacendida e tinha que ser substituída. Logo apareceram aparelhos para automatizar sua reposição.
A partir de 1876, surgiram as primeiras realizações com a nova fonte de luz, varrendo a Europa: avenidas e ruas, fábricas, lojas de grande porte, faróis marítimos, estações ferroviárias e outros. O primeiro evento público ocorreu em 1876, por ocasião da Exposição do Centenário da Filadélfia. Em 1878, lâmpadas de arco voltaico já iluminavam o primeiro jogo noturno de futebol, num campo de Shefield – Inglaterra. No entanto, o inventor americano Charles F. Brush encontrou outra solução, onde o espaçamento entre os eletrodos, colocados em posições apostas e alinhadas, era mantido por um dispositivo de ajuste contínuo da distância. Para seu sistema, Brush desenvolveu também um dínamo especial.
Desde então a nova solução de Brush foi amplamente utilizada nos EUA, enquanto a invenção de Jablochkoff tornava-se de uso corrente na Europa.
O grande impulsionador
Na verdade, o grande impulsionador no uso da iluminação elétrica foi a introdução dos geradores elétricos. A invenção da primeira máquina elétrica rotativa ocorreu em 1870, pelo belga Zénobe Théophile Gramme. Às maquinas de Gramme e de Brush (geradores de corrente contínua, cuja eficiência não chegava a 40%) sucedeu o famoso “Dínamo” de Edison, (1878), com o surpreendente rendimento da ordem de 90%. Em sua primeira fase, o arco voltaico dependeu da corrente contínua, com circuitos de corrente constante, previstos para alimentar um conjunto de lâmpadas em série. O sistema a arco voltaico passou por sucessivos aperfeiçoamentos para torná-lo mais prático e eficiente.
Assim as primeiras luminárias em “arco aberto” passaram a operar em “arco fechado” (dentro de um globo de vidro) e as novas instalações adotaram circuitos de corrente alternada mais convenientes. Elas exigiam que cada luminária dispusesse de um pequeno transformador, para baixar a tensão do circuito até a tensão de operação da lâmpada. Por esse motivo, a cada queima de lâmpada alterava-se as características do circuito, ocasionando-se um aumento da tensão média geral nas demais lâmpadas.
Para contornar essa variação inevitável, Elihu Tomson desenvolveu, posteriormente, um transformador de núcleo móvel, que corrigia, a cada ocorrência de queima, a tensão geral do circuito, de modo a manter constante a sua corrente elétrica. Os circuitos eram padronizados pela sua corrente (constante), variando o número de lâmpadas nelas instaladas. Os mais comuns e que foram utilizados no Brasil, estavam padronizados em 6,6A – 7,5A – 10A – 15A e 20 Ampéres. Assim, quanto maior a corrente, maior era o circuito e a potência luminosa das lâmpadas
nele instaladas.
Essa potência, por sua vez, caracterizava-se pela intensidade luminosa, expressa em “velas”, definida como o valor da intensidade luminosa média horizontal da luminária. Os tipos mais comumente comercializados eram de 500, mil, 2 mil velas, também utilizados no Brasil.
Finalmente, em 1893, William Jandus e Louis B. Marks introduziram o arco fechado, que ficava dentro de um balão de vidro. Isso reduziu o consumo de carbono consideravelmente, permitindo que a lâmpada funcionasse até 150 horas sem reposição. Outra melhoria importante foi a de Hugo Bremer, que, em 1889, acrescentou certos fluoretos de metais às varetas de carbono, aumentando o rendimento luminoso do arco, sem elevar o consumo de eletricidade. Assim, a introdução e aperfeiçoamento dos sistemas trouxe um salto tecnológico, que fez com que a lâmpada a arco voltaico substituísse o gás iluminante na iluminação pública.
Todavia sua potência técnica luminosa era demasiadamente grande para o uso nas residências. A aplicação em interiores limitava-se apenas a grandes áreas ou onde o pé direito permitisse elevar ao máximo a fonte de luz. A nova tecnologia oferecia maior luminosidade, mas não foi possível converter os postes de luz a gás por não serem muito altos. A instalação da lâmpada de arco voltaico precisava de maior altura, não só para diminuir o ofuscamento, mas também para iluminar uma área maior. E, para resolver esse problema, a Academia de Ciências em Paris propôs o uso de torres de iluminação, que na Europa permaneceram como visão futurista, mas nos Estados Unidos houve, de fato, a instalação em Richmond e depois em Detroit. Lá, nem todos aprovaram a iniciativa devido ao amplo alcance da luz.
Como funciona a tecnologia
A lâmpada de arco voltaico consiste basicamente de duas hastes de carbono ligadas aos terminais de uma fonte de corrente, que ao serem ligadas e separadas em poucos milímetros, produzem uma luz brilhante. Não é o arco que emite a luz, mas sim as
pontas das hastes que são incandescentes. O inglês Humphry Davy utilizou, em sua primeira experiência, o carvão, mas constatou que queimava rapidamente e não sustentava a faísca produzida. Para conseguir uma descarga uniforme, a distância entre os pedaços de carvão deveria ser constante. Outras experiências se sucederam e a melhor alternativa foi o uso do carbono de retorta, mais duro, um subproduto dos gasômetros. Para o arco, a corrente direta foi preferida, pois permitia maior estabilidade. Dessa forma, a ponta carbônica positiva alcançava temperatura elevada e, portanto, emitia mais luz.
Por outro lado, as hastes eram consumidas rapidamente pelo calor e tinham de ser renovadas em intervalos regulares. E, além disso, o arco carbônico chiava e fazia fumaça ao ser queimado. Mesmo a menor intensidade da luz era muito alta para uso doméstico, inclusive na iluminação pública. Assim, o uso prático mais antigo da lâmpada de arco foi nos palcos dos teatros. Depois do sucesso na estreia da ópera “O Profeta”, de Meyerbeer, em Paris, em 1849, para a qual Foucalt construiu um arco de luz para simular o sol, seguiu-se um período em que nenhuma ópera ou balé era considerada completa sem efeitos de luz de arco. Em 1855, foi feita uma experiência em Lyon, França, onde “algumas pessoas tiveram que abrir seus guarda-chuvas para se proteger da radiação”, conforme constatou a Gazeta de France.
Já, em 1858, foi instalado o primeiro farol com lâmpada de arco voltaico, o farol de South Foreland, perto de Dover, na Inglaterra. A iniciativa utilizou dois geradores Holmes com campos magnéticos permanentes como supridores de força. Teve grande sucesso, tanto que os outros faróis passaram a utilizar aavançada fonte de iluminação em ambos os lados do canal. Apesar da demonstração inicial do uso prático da lâmpada de arco carbônico na iluminação pública em Paris, na Praça da Concórdia, em 1844, o uso geral só pode ser introduzido depois da invenção de uma lâmpada autorreguladora, que pudesse ser usada em circuitos em série. A partir de 1877, as praças e avenidas principais em Paris começaram a serem iluminadas pelas luzes Jablochkoff, talvez essa seja a razão pela qual Paris seja conhecida como Cidade Luz. Poucos anos depois as maiores cidades da Europa seguiram o exemplo.
O apogeu da lâmpada de arco carbônico aconteceu nos últimos anos do século XIX, depois disso ela foi rapidamente ultrapassada pela lâmpada elétrica. No entanto, com a introdução da lâmpada diferencial de Hefner-Alteneck a luz Jablochkoffî logo se tornou obsoleta.
A lâmpada de arco praticamente nunca foi usada para iluminação caseira, mas foi amplamente instalada em grandes áreas internas como fábricas, grandes magazines e estações de estradas de ferro e, algumas vezes, na forma de luz indireta. Também foi usada para atender às necessidades especiais de grande concentração de luz de intensidade muito alta, como: iluminaçãoo teatral, atelier de fotografia ou de filmes, projetores de cinema, holofotes antiaéreos e câmaras de reprodução na indústria gráfica.
Com o advento da lâmpada de arco curtoxenon (xenônio), introduzida em 1951, seu emprego quase que acabou mesmo nesses campos especializados. Em 1944, P. Schultz, na Alemanha, descobriu que descargas em xenônio de alta pressão produziam uma luz intensa, branca, com características quase iguais à da luz do dia, que poderia ser o substituto ideal para a pesada lâmpada de arco carbônico. No entanto, a produção comercial da lâmpada de xenônio teve que esperar o fim da guerra: a companhia Osram foi a primeira a produzi-la em 1955.
Coordenação Editorial e Redação: Neide Lamanna
Capa: Raphael Lobosco
Projeto Gráfico: André Siqueira
Ilustração: Raphael Lobosco