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O ESCAPE DE FORÇA CONSTANTE

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1. Definição e princípio

O escape de força constante é um mecanismo de precisão que visa transmitir ao balanço-espiral impulsos de energia rigorosamente idênticos, independentemente do grau de tensão do barrilete. Pertence à categoria das complicações que melhoram a precisão. O seu objetivo é isolar o órgão regulador das flutuações da força motriz inerentes ao desenrolamento progressivo da mola motriz. Para tal, interpõe entre o trem de engrenagens e o balanço um órgão elástico intermédio — geralmente uma lâmina flexível ou uma pequena mola — que é recarregado a tensão constante a cada batimento e que depois fornece um impulso sempre idêntico. Este princípio distingue-se do remontoir, que atua a montante do escapamento no trem de engrenagens. O escape de força constante, por sua vez, integra a regulação da energia no próprio mecanismo de escapamento.

2. O problema da força motriz variável

Toda mola motriz de barrilete desenvolve uma força que varia consoante o seu estado de tensão. Uma mola totalmente armada exerce um binário máximo sobre o Trem de engrenagens. Este binário diminui à medida que a mola se distende. Num Movimento corrente, o desvio entre a força transmitida ao balanço no início e no fim da Reserva de marcha pode ser significativo. Esta variação perturba o isocronismo do balanço-espiral, pois a Amplitude das Oscilações depende diretamente da energia recebida a cada Impulso. Uma Amplitude mais elevada gera um erro de marcha diferente de uma Amplitude mais fraca, devido aos defeitos de Isocronismo próprios do espiral. Quanto maior for a variação de força, mais a amplitude varia, e mais irregular é a marcha consoante o estado de armação. É para corrigir este defeito fundamental que os relojoeiros desenvolveram os mecanismos de força constante.

3. Distinção com o remontoir

Duas grandes famílias de mecanismos procuram igualizar a força motriz transmitida ao órgão regulador. O remontoir é um dispositivo colocado no trem de engrenagens, entre o barrilete e o escapamento. Acumula a energia do barrilete e restitui-a a intervalos regulares, em quantidades iguais, independentemente da tensão da mola motriz. O escape de força constante, por sua vez, integra a regulação da energia diretamente no mecanismo de escapamento. A lâmina ou a mola intermediária é aí recarregada a uma tensão definida a cada batimento pelo trem de engrenagens, depois solta-se para transmitir o seu impulso ao balanço. A distinção entre as duas famílias nem sempre é absoluta na literatura relojoeira, e algumas realizações combinam as duas abordagens. O Escape de força constante caracteriza-se, no entanto, pelo facto de a igualização da energia ocorrer ao nível do próprio Impulso transmitido ao Balanço, e não a montante do Escapamento.

4. A Lâmina de força constante: princípio de funcionamento

O componente central do Escape de força constante é geralmente uma Lâmina flexível ou uma mola laminar, chamada Lâmina de força constante. Esta Lâmina está posicionada entre a roda de escape e o balanço. A cada batimento, a roda de escape, acionada pelo trem de engrenagens, vem rearmar a lâmina até uma posição definida por um batente ou um recorte calibrado. Esta posição de rearmamento é idêntica a cada ciclo. A lâmina, assim tensionada com o mesmo valor de cada vez, transmite depois a sua energia ao balanço sob a forma de um impulso de amplitude constante. A chave do mecanismo é que a tensão da lâmina no momento do impulso não depende da energia fornecida pelo barrilete, mas unicamente da geometria do sistema de rearmamento. Enquanto o barrilete dispuser de energia suficiente para rearmar a lâmina até à sua posição de referência, o impulso fornecido ao balanço permanece idêntico.

5. O ciclo de impulso e de rearmamento

O funcionamento do escape de força constante decorre em duas fases distintas e alternadas. Durante a fase de impulso, a lâmina de força constante distende-se a partir da sua posição de rearmamento e transmite a sua energia ao balanço por intermédio de uma paleta ou de um papel de impulso. Esta energia é constante e calculada para manter a amplitude do balanço numa faixa ótima. Durante a fase de rearmamento, a roda de escape avança um passo sob o efeito do trem de engrenagens e traz a lâmina de volta à posição de tensão definida. Este rearmamento ocorre durante a meia-oscilação do balanço que não recebe impulso, de modo que o mecanismo não interfere no movimento livre do órgão regulador. Todo o ciclo deve ser concebido para que o rearmamento seja sempre completo, mesmo no final da reserva de marcha, a fim de garantir a constância da energia até ao esgotamento da reserva.

6. Tipos de realizações

Várias abordagens geométricas permitem realizar um escape de força constante. A mais difundida utiliza uma lâmina flexível em aço ou em silício, tensionada entre dois pontos fixos e rearmada por um bico ou um pino solidário com a roda de escape. Uma variante emprega uma mola em espiral miniatura desempenhando o papel do órgão intermediário. Algumas concepções colocam a lâmina em linha reta no plano do movimento, outras adotam uma configuração em esquadro ou em arco. O silício, utilizado desde os anos 2000 para o fabrico de componentes relojoeiros, apresenta vantagens notáveis para as lâminas de força constante: a sua grande elasticidade, a sua ausência de atrito interno e a sua insensibilidade às variações de temperatura fazem dele um material de eleição. Algumas realizações excecionais recorrem a um remontoir interposto entre a roda de grande média e a roda de escape, integrando assim os princípios do remontoir e do escape de força constante num único mecanismo.

7. Realizações históricas

A ideia de fornecer uma força constante ao órgão regulador remonta ao século XVII, quando os relojoeiros procuraram eliminar as irregularidades da força motriz nos instrumentos de precisão. Em Inglaterra, o relojoeiro Thomas Mudge (1715–1794) concebeu no século XVIII mecanismos de força constante aplicados a relógios de precisão. John Harrison, nos seus trabalhos sobre os relógios de marinha, desenvolveu também soluções originais para regularizar a força transmitida ao Órgão regulador. Na Suíça, no século XIX, relojoeiros de precisão conceberam relógios de força constante destinados aos concursos de observatório, onde a regularidade de marcha ao longo de toda a reserva era rigorosamente avaliada. Estes instrumentos, produzidos em número muito reduzido, visavam eliminar as variações de marcha relacionadas com o estado de corda. A sua complexidade limitava a produção a algumas peças de exceção, geralmente realizadas para observatórios ou instituições científicas.

8. Dificuldades de conceção

A conceção de um escape de força constante levanta vários desafios técnicos interdependentes. O primeiro é a definição precisa da tensão de rearmamento: qualquer variação na posição de rearmamento da lâmina repercute-se diretamente na energia do impulso e anula o benefício do mecanismo. O segundo desafio é a gestão dos atritos no seio do mecanismo de rearmamento. Um atrito variável entre o bico de rearmamento e a lâmina introduz uma incerteza sobre a tensão final da lâmina, fonte de erro de marcha. O terceiro desafio é a robustez no final da reserva de marcha: quando o barrilete está quase distendido, a energia disponível para rearmar a lâmina pode tornar-se insuficiente, gerando uma paragem abrupta em vez de um abrandamento progressivo. O emprego do silício para a lâmina de força constante permitiu reduzir consideravelmente os atritos e melhorar a repetibilidade do rearmamento. Hoje, o escape de força constante continua a ser uma complicação rara, exigindo uma perícia de conceção e de regulação que poucas oficinas dominam totalmente.