James Watt e o cavalo-vapor: como surgiu o cv

Da Revolução Industrial a James Watt

Para entender por que cavalos viraram referência de potência, é preciso voltar ao século XVIII, quando a Revolução Industrial começava a ganhar forma.

Nesse contexto aparece James Watt, inventor, químico e engenheiro escocês. Entre seus vários feitos, o mais lembrado - e provavelmente o mais decisivo - foi ter aprimorado de maneira significativa a máquina a vapor de Thomas Newcomen, criada em 1712 e que passou décadas praticamente sem mudanças relevantes.

Depois de consertar uma dessas máquinas, estudá-la com cuidado e fazer muitos testes, na década de 60 do séc. XVIII, Watt chegou a soluções que elevaram bastante o rendimento da máquina a vapor.

O ganho em eficiência foi brutal - consumos reduzidos em 75% -, assim como em potência e a relação custo-benefício passou a ser muito superior.

Mesmo assim, só em 1781 Watt conseguiu chegar a uma máquina a vapor realmente prática e com o nível de precisão de construção necessário para ser vendida. A partir daí surgiu um desafio: como divulgar e comprovar, para o mercado, o quanto sua solução era melhor do que a de Newcomen?

No começo, Watt adotou um modelo de royalties: seus clientes pagariam a ele 1/3 das economias obtidas ao usar a máquina dele em vez de alternativas existentes.

Mas havia um problema óbvio: como convencer novos compradores das vantagens dessa tecnologia se muitos deles nunca tinham tido contato com algo parecido?

Naquele período, não existia uma unidade padrão que permitisse comparar, de forma simples, os ganhos de uma tecnologia sobre outra. Era necessário criar uma forma de medida que resolvesse isso.

Inventar o cavalo-vapor

Uma vez inventor, sempre inventor. Para facilitar a comparação, Watt decidiu criar uma unidade nova que colocasse sua máquina lado a lado com a “máquina” mais comum da época para todo tipo de serviço: o cavalo.

Com isso, explicar a capacidade do equipamento se tornava muito mais direto. Em teoria, um motor com 1 cv de potência entregaria produtividade equivalente à de um cavalo.

E assim nascia a unidade de medida horsepower (cavalo potência, ou hp), que se tornaria no nosso cavalo-vapor (cv).

Ainda hoje, porém, não está claro quais testes James Watt realizou para definir a equivalência de força de um cavalo. Não se sabe exatamente como ele chegou aos valores finais, e existem diferentes versões sobre como essas experiências teriam sido feitas.

Por outro lado, não há discussão sobre o tipo de animal usado como base: o cavalo de tração ou de tiro. Trata-se de um cavalo forte, típico de tarefas pesadas em minas e na lavoura - justamente ambientes em que a máquina a vapor de Watt tinha aplicação.

Como se calcula?

Ao final, estabeleceu-se que um cavalo-vapor equivaleria a 33 000 libras-pés por minuto, já que potência corresponde ao trabalho realizado por unidade de tempo.

Quando o sistema métrico - que nós adotamos - se consolidou, essa definição foi convertida para 75 kgf·m/s (quilograma força por metro por segundo). Na imagem abaixo, podem ver o cálculo e a experiência realizados para chegar a esse resultado:

Independentemente do caminho usado para fixar o valor, o cavalo-vapor se tornou a unidade mais importante para expressar a potência de motores e, até hoje, segue como a mais popular.

E é também devido a essas diferentes formas de cálculos que existem as discrepâncias entre cv, hp ou bhp.

Watts, cv e as diferenças entre cv, hp e bhp

De forma irônica, as contribuições de James Watt para o avanço das máquinas a vapor acabaram fazendo com que seu sobrenome, Watt, fosse adotado como a unidade padrão de potência no SI (Sistema Internacional de Unidades) em 1972. Ainda assim, continuamos querendo saber a potência do motor em cavalos, e não em watts (W) - ou melhor, em quilowatts (kW).

Já agora… um cavalo-vapor corresponde a 735,5 W ou 0,7355 kW e um horsepower corresponde a 745,6 W.