domingo, 9 de agosto de 2009

Puente Colgante de Portugalete

Estando en Bilbao no ha de dejar uno de pasar a ver el Puente Colgante de Portugalete, que une éste con Getxo, al otro lado de la Ría.

El 28 de julio de 1893 se inauguró este Puente Colgante, un transbordador que unía las poblaciones de Las Arenas, en la margen derecha de la ría de Bilbao, y Portugalete, en la margen izquierda. Sus 400.000 remaches sobre piezas de acero y sus 4 torres de 51 metros de altura dan una idea de sus grandes dimensiones. El tablero superior de 160 metros de longitud, se alza a 45 metros de altura sobre el estuario.

El diseño del puente fue obra de Alberto Palacio y Elissague, conocido también por su participación en la construcción del Palacio de Cristal del Parque del Retiro, en Madrid. El ingeniero francés Ferdinand Joseph Arnodin se hizo cargo de la construcción de la obra, y el empresario textil bilbaíno Santos López de Letona fue el principal valedor y financiador del proyecto.

La construcción del Puente fue financiada por un grupo de pequeños empresarios locales dirigidos por Santos López de Letona, un industrial enriquecido en Méjico en el sector de las manufacturas textiles. El Puente nació como fruto de una iniciativa privada para atender a la demanda del medio millón de pasajeros que entonces cruzaban la Ría cada año en barcos de remos. Hoy sigue siendo una empresa privada, pero con más de trescientos viajes de transbordo diario y alcanza una media anual de cuatro millones de peatones y medio millón de vehículos transportados.

De los muchos puentes colgantes que se construyeron en el mundo algunos aun siguen en funcionamiento. En Francia hoy únicamente se mantiene en uso el puente colgante de Rochefort-Martrou, construido en 1900. En Inglaterra el puente de Newport, inaugurado en 1906, todavía presta servicio. En Alemania se conserva en funcionamiento el puente de Osten. En Argentina sigue funcionando el puente colgante del barrio bonaerense de La Boca.

Vista del alto horno de Sestao desde Portugalete.


Camión HAYES W-HDX

La empresa canadiense Hayes fue fundada en 1928 en Vancouver bajo el nombre de Hayes-Henderson, posteriormente la norteamericana Mack se hizo con dos tercios del capital de la marca (Por lo que algunos de estos camiones llevaban placas Mack-Hayes.) para introducirse en el mercado canadiense. En 1971 Mack deja la empresa que es retomada por Pacific Car and Foundry de Seattle que cierra definitivamente Hayes en 1975.

Transporte del turboalternador de Almaraz durante su construcción.

En enero de 1974 se cargaron dos de estos camiones en el puerto de Southampton con destino a la empresa Transportes Modernos de Barcelona, que trabajaba en la construcción de la central Nuclear de Almaraz. Disponían de motor Cummins VTA 1700-C de 700 CV de potencia con arranque por aire comprimido, caja de cambios automática Clark CL 16820, ejes Mack “Planidrive” dotados de reducción de planetarios y frenos de tambor refrigerados por agua.

Transporte de un reactor para la central nuclear de Ascó, a su paso por Hospitalet del Infant. El conjunto del reactor, los remolques y camiones supone un peso total de 580 toneladas.

Otros dos camiones llegaron al puerto de Bilbao desde Vancouver en el verano de 1976. Uno de ellos fue adquirido por Transportes Especiales Arbegui y el otro por Transportes Grau. Este segundo camión también trabajó para Transportes Modernos, siendo finalmente adquirido por Transportes Arbegui en 1989.

Hayes de Transportes GRAU.

Transportes Especiales Arbegui cuenta en la actualidad con dos de estos camiones Hayes.

El Kenworth 993 era muy similar en su mecánica al Hayes. Este lleva el reactor de la central nuclear de Cofrentes.

Estos camiones se utilizaron para el transporte de los reactores y los turboalternadores de las centrales nucleares españolas. También se han utilizado para el transporte de grandes transformadores.

Camión Hayes en la actualidad.

Buque gasero Sestao Knutsen

Los astilleros de La Naval de Sestao construyeron entre 2005 y 2007 un metanero para la empresa noruega Knutsen OAS Shipping AS. Esta empresa está especializada en petroleros, metaneros y transportes de productos químicos.

La botadura de este barco, de nombre Sestao Knutsen, tuvo lugar el 8 de septiembre de 2006.

El 4 de octubre de 2007 a las 11.30 horas de la mañana, un cuarto de hora antes de la pleamar, abandonará la Ría, pasando bajo el Puente Colgante de Portugalete. El momento se escogió para proporcionar el calado suficiente para que la quilla no toque el fondo de la Ría y, al mismo tiempo, evitar que las antenas que coronan el puente de mando se estrellen contra el travesaño metálico del Puente Colgante. El momento crítico del paso por debajo del puente supuso menos dificultades que las presentadas por los barcos Iñigo Tapias (2003) y Bilbao Knutsen (2004), ya que el Sestao Knutsen tiene una cubierta menos.

El trayecto entre Sestao y el muelle de Santurce duró unas dos horas. A los dos días se dirigió al Ferrol, en donde permaneció 15 días en el dique seco, donde se procedió a la pintura del casco. A su regreso a Bilbao se equipó su interior con los pertrechos y los utillajes pendientes.

El Sestao Knutsen mide 284 metros de eslora, 42,5 de manga y 25,4 de puntal. Con una tripulación de 28 personas (Su capitán es Andoni Koskorrotza, de Lekeitio) es capaz de cargar y descargar en 12 horas y tiene capacidad de aprovechar el gas que se evapora en el transporte como combustible para sus turbinas. El barco cuenta con cuatro tanques en los que se transportan 138.000 metros cúbicos de gas licuado desde Argelia, Nigeria, Trinidad y Tobago, Libia y Qatar.

El 30 de noviembre de 2007 el armador entregó el Sestao Knutsen a la sociedad Stream, formada por Repsol YPF y Gas Natural, que cuenta con otras 11 naves similares. El 1 de diciembre de 2007 partió para su primer viaje a Qatar.

Astilleros Euskalduna

En los terrenos que hoy ocupa el Museo Marítimo Ría de Bilbao se encontraban situados los antiguos astilleros Euskalduna. La zona exterior conserva los diques del astillero, la casa de bombas y la singular grúa Carola.

Vista de los astilleros en la década de 1940.

En 1900, Ramón de la Sota fundó la Compañía Euskalduna de Construcción y Reparación de Buques. De sus astilleros salieron, en la primera década del siglo XX, los primeros ejemplos de embarcaciones de acero y vapor en el País Vasco. De los astilleros Euskalduna, además de barcos, también salieron automóviles, material ferroviario, puentes, calderas etc. De estos astilleros, que llegaron a ocupar una extensión 90.000 metros cuadrados, se conservan dentro de un espacio de libre acceso, la grúa Carola, los diques secos y la casa de bombas.

Vista de los astilleros en 1960.

La grúa Carola (1957) fue la grúa más potente (30 toneladas) de su época y la primera en atender los trabajos de prefabricación y montaje de bloques en grada. Cumplía la función de facilitar el desplazamiento de grandes piezas que debían acoplarse a los buques, en una época en la que se había impuesto el sistema de soldadura, lo que requería un proceso de fabricación con grandes y pesadas planchas. La Carola, que estuvo en activo hasta el cierre de Euskalduna, es la única grúa de construcción naval que se conseva en Bilbao.

Vista de los astilleros en la actualidad.

En la primera década del siglo XX los astilleros ya contaban con tres diques. El número uno, correspondiente a los primeros años del astillero, se destinó a la construcción de buques y alcanzó una longitud de 100,75 metros por 16,45 metros de ancho. El Dique 2 era utilizado para reparaciones y tenia una longitud de 103,95 metros y el ancho de 28,00 metros. El dique número tres, era el más grande y permitía trabajar en buques de mayor tonelaje. Éste último contaba además con 2 compuertas, una de entrada y otra que permitía la división del dique en dos partes longitudinales independientes diseñada para la operación de flotadura. Cuando el dique estaba despejado y limpio y el barco con el casco pintado, se abría una compuerta. Entonces, el agua entraba por diferencia de nivel de la ría hasta llegar al mismo nivel, logrando que el barco empezara a flotar levemente. Luego, se abría la compuerta y con un remolcador se arrastraba el buque hacia el muelle de armamento.

La casa de bombas se construyó en 1903. Fue pionero en su época porque se construyó con vigas de hormigón armado que permitieron diseñar un espacio diáfano. En su interior se situaron las bombas de achique que bombeaban el agua del dique para su vaciado, manteniendo así el dique seco. Los primeros motores fueron de vapor pero posteriormente fueron sustituidos por motores eléctricos.

Entre 1934 y 1936 los astilleros fabricaron 11 buques guardacostas del tipo G-20 para la marina mejicana.

El material ferroviario que salió de estos astilleros fue muy variado y como muestra se puede ver el siguiente.

En 1928 fueron construidas para el ferrocarril del Norte las locomotoras eléctricas 7100.Otra de las locomotoras de la serie 7000.

Las locomotoras tipo Mikado fueron construidas en 1959 por diversas fábricas españolas, entre ellas Euskalduna.

La locomotora que se ve paseando por la ría de Bilbao en un transporte especial es del tipo DL-535 B de vía estrecha y muy similar a las ALCO. Euskalduna, que era el licenciatario en España de American LoCOmotive, las fabricó y exportó a Ecuador.

jueves, 6 de agosto de 2009

Museo Marítimo Ría de Bilbao

A mediados de julio pasado hice un pequeño viaje a Bilbao con mi familia. Una de las cosas que quedan a mano y se pueden visitar son los antiguos astilleros de Euskalduna.

El Museo Marítimo Ría de Bilbao se encuentra situado en los terrenos de estos antiguos astilleros. La zona exterior conserva los diques del astillero, la casa de bombas y la singular grúa Carola.

Aquí se puede ver un dique seco con varias embarcaciones en su interior.

Este extraño objeto, de chapa de acero remachada, flota y parece incorporar un motor adentro, a juzgar por el respiradero que lleva encima.

Entre las muestras de trabajos relacionados con el mar hay varias anclas y cadenas para las mismas.

Este es uno de los cuatro trenes de rodaje de la grua Carola. Esta movido por un motor eléctrico que acciona unos engranajes intermedios.

Otros objetos construidos en los astilleros son las boyas.

Y, para acabar, alguna cadena más.

Este es uno de los cangilones de una draga.

Con estas piezas se quitan y ponen cadenas.

Nucleares, ¿por qué no?

Este es el título del libro de Manuel Lozano Leyva que describe de forma bastante clara todo el proceso y los fundamentos físicos de la producción de energía eléctrica a partir de la fisión del uranio. Es un libro políticamente incorrecto, ameno y creo que de obligada lectura para aquellos que deseen estar informados sobre este tema.

Entre los muchos aspectos de la energía nuclear el autor analiza el accidente de Chernobil.

El complejo nuclear de Chernóbil se situaba en la frontera entre Ucrania y Bielorrusia. Cada uno de los cuatro reactores de la central producía 1.000 MW eléctricos, el 10 por ciento de la electricidad consumida por Ucrania. Los reactores eran del tipo RBMK, modelo soviético moderado por grafito. Algunos de estos reactores se habían proyectado y usado para la producción de plutonio y otros componentes necesarios en el programa armamentístico nuclear soviético.

Cuando se detiene la reacción en el reactor de una nuclear, los elementos radiactivos de las varillas de combustible siguen liberando calor porque continúan desintegrándose radiactivamente. Por eso es esencial mantener la refrigeración en todo momento. Para ello, existen unos grupos diesel que alimentan las bombas que hacen circular el refrigerante cuando el reactor está parado. Pero ¿cuánto tiempo tardan estos motores diesel en alcanzar su funcionamiento óptimo? Unos 40 segundos. Sin embargo, ocurre una circunstancia favorable. La turbina tiene mucha inercia; esto quiere decir que desde que deja de ser movida por el vapor de agua hasta que se detiene, gira a buen régimen porque pesa mucho y está perfectamente engrasada. La pregunta es, ¿mientras rota libremente es capaz de hacer que el generador produzca electricidad suficiente para alimentar las bombas del circuito de refrigeración hasta que entran en funcionamiento los grupos diesel? La respuesta es no. A esa conclusión se había llegado unos meses antes en una prueba que hicieron en otro de los reactores de Chernóbil.

Esos 40 segundos les preocupaban mucho a algunos ingenieros y directivos de la central. Hicieron una serie de mejoras y se decidió hacer otra prueba para ver si ese lapso de tiempo en que el reactor podría estar sin refrigeración se podía evitar. Como un experimento así es costoso porque exige detener la producción de electricidad, se decidió llevarlo a cabo cuando la parada fuera necesaria por motivos de mantenimiento o recarga.Terminó poniéndosele fecha a la prueba: el 25 de abril de 1986 en el reactor número 4.

Lo primero que se hizo fue disminuir la potencia del reactor gradualmente con las barras de control. Este tipo de reactores consiste en un enorme cilindro de grafito de 1.700 toneladas en el que están insertadas 1.600 varillas de combustible, entre las que fluye el agua pura moderadora y refrigerante a alta presión, así como 180 varillas de control con boro absorbente de neutrones.

Cuando el reactor estaba al 50 por ciento, se recibió una llamada del controlador de la red eléctrica de Kíev. Pedía que se detuviera el experimento y no bajaran más la potencia porque una central convencional había fallado y el pico de demanda de por la tarde no se iba a poder atender. Aquí empieza a haber versiones para todos los gustos sobre competencias y atribuciones, pero el caso es que el director de la central decidió posponer el experimento hasta las once de la noche, que era cuando el consumo de electricidad disminuía drásticamente.

El turno de noche no estaba cubierto por trabajadores y técnicos con experiencia en centrales nucleares, sino en convencionales, y muchos ni siquiera eso. Los operarios del reactor 4 no tuvieron en cuenta el llamado «envenenamiento del xenón». Uno de los fragmentos más frecuentes que resultan de la fisión del uranio es el isótopo del yodo 135I, el cual es bastante efímero porque decae a 135Xe en 6,7 horas. Este isótopo del xenón, el 135Xe, de 9,2 horas de vida media, es un gran absorbente de neutrones. Esto significa que frena la reacción al eliminar neutrones susceptibles de romper más núcleos de uranio. Cuando un 135Xe captura un neutrón, se convierte, lógicamente, en el isótopo 136Xe, el cual no es radiactivo. Mientras el reactor funciona normalmente, hay tantos neutrones que el 135Xe desaparece nada más formarse. Pero en cuanto empieza a disminuir el flujo de neutrones cuando se desea detener la reacción por mantenimiento, recarga o, en nuestro caso, una prueba de seguridad, el 135Xe al que va decayendo la cantidad de 135I producido hasta ese momento tiene tal ansia de neutrones que absorbe todos los que quedan haciendo más brusca la detención. El resultado es que la reacción no se puede volver a iniciar hasta que pase un buen número de horas, nueve o diez, de manera que el 135Xe haya desaparecido en gran medida. Cuando se quiere reiniciar la reacción en presencia de buena cantidad de 135Xe hay que sacar las varillas de control (las que absorben neutrones casi al mismo ritmo que el 135Xe). Pero en cuanto el reactor se hace crítico, o sea, en cuanto se «enciende» de nuevo, el flujo de neutrones se hace intenso de golpe y el 135Xe desaparece rápidamente. Equivale a sacar repentinamente muchas varillas de control. Si además las varillas de control de verdad no se vuelven a introducir en breves instantes, la reacción se puede desbocar.

No es difícil imaginar la que se desencadenó en el turno de noche en el reactor 4 de Chernóbil atendido por operarios sin experiencia en tecnología nuclear, es decir, que no tenían ideas claras sobre el efecto del 135Xe. Recuérdese que por la mañana el reactor había disminuido su potencia hasta el 50 por ciento y así se había quedado. O sea, eliminando muy poco 135Xe del que iba produciendo el 135I al desintegrarse. Dicho de otra forma: había bastante «veneno» en las barras de combustible.

Tal como se había decidido, a las 11.04 de la noche se reanudó la prueba. Había que disminuir la potencia del reactor al mínimo, sin apagarlo, y cortar entonces el flujo de vapor para que las turbinas giraran libremente y ver si eran capaces de sustituir durante un minuto más o menos los grupos diesel para que bombearan refrigerante. Para ello ya sabe el lector lo que hay que hacer: insertar las varillas de control. Lo hicieron con cuidado y lentamente, muy bien, pero de pronto la potencia cayó en picado hasta llegar a los 30 MW, apenas un 5 por ciento del máximo. Lo que había ocurrido es que el 135Xe abundante se tragó los pocos neutrones que iban dejando las varillas de control. Como esto va más bien contra la intuición, los operarios lo que hicieron fue sacar estas varillas para evitar que el reactor se detuviera antes de tiempo. La potencia se recuperó hasta los 200 MW.

A la 1.05 de la madrugada, en una de las comprobaciones de las bombas que debían ser alimentadas por la turbina girando por inercia, las conectaron. Esto fue un fallo serio, porque el aumento de caudal de agua, que actúa también no sólo como moderadora sino que además absorbe neutrones, hizo disminuir la potencia del reactor otra vez. Aumentó de nuevo la cantidad de 135Xe. A la 1.19 sacaron más varillas de control, concretamente, de las 180 dejaron sólo 8 insertadas en el grafito, cuando las especificaciones exigen que siempre haya un mínimo de 30.
A la 1.23 comenzó el experimento propiamente dicho cortando el flujo de vapor de agua que movía las turbinas. Durante los instantes que transcurrieron hasta que las turbinas alimentaron las bombas, el caudal de agua disminuyó y se absorbieron menos neutrones. La reacción «se avivó» y calentó el agua hasta que empezó a hervir. Las burbujas empezaron a llenarlo todo, por lo que la potencia del reactor aumentó ya que las burbujas de vapor de agua, obviamente, absorben menos neutrones que el agua líquida. Al haber más neutrones, la cantidad de 135Xe disminuye al convertirse en el estable 136Xe. Su papel de controlador al absorber neutrones desaparece, o sea, que aumenta el flujo de éstos. Esto hace que aumente la potencia, y la cosa se desboca.

La alarma llegó a la sala de control. No había más remedio que volver a insertar las varillas de control. Pero las varillas se atascaron, seguramente porque el calor las había deformado mientras estaban fuera del grafito.También es posible que muchas varillas de combustible se fundieran y las pildoras de óxido de uranio atascaran los conductos de las varillas de control. El caso es que éstas apenas se encajaron un tercio de su longitud. La reacción no se podía detener y el reactor llegó a liberar 30 GW térmicos, o sea, diez veces más que el máximo para el que estaba diseñado. La presión del vapor fue tal que reventó todo el sistema e hizo volar por los aires el techo del edificio, que pesaba unas 2.000 toneladas. Por cierto, este tipo de diseño soviético no llevaba edificio de contención propiamente dicho y, para colmo, el techo que voló estaba cubierto de una gruesa capa asfáltica, la cual era magnífica contra la lluvia pero inflamable al máximo. Era la 1.24 de la mañana: no había pasado ni un minuto desde que comenzó el experimento.

Al quedar todo aquello al aire y a la enorme temperatura que se encontraba, el oxígeno de la atmósfera hizo arder el gran cilindro de grafito, el cual recuérdese que es carbón puro. Este incendio fue el que liberó ingentes cantidades de material radiactivo.

Este accidente fue muy diferente al de Three Mile Island, que era el que se tenía como más temible: la fusión del reactor por pérdida de refrigeración; en Chernóbil lo que hubo fue una explosión convencional seguida de un incendio.

La tragedia, o sea, la pérdida de vidas humanas comenzó por una circunstancia curiosa: los dosímetros que marcaban los niveles de radiación tenían una escala relativamente pequeña. El máximo al que llegaban no era muy alto y los trabajadores, que no creían que el reactor se hubiera fundido, pensaron que los niveles de radiactividad eran mayores que lo que alcanzaban a marcar los instrumentos, pero no demasiado. El director, Alexander Akimov, y un buen grupo de trabajadores se mantuvieron toda la noche intentando bombear agua al reactor. Todos murieron antes de tres semanas.

Los segundos héroes, pero más efectivos que los anteriores, fueron los bomberos. Llegaron inmediatamente al mando del teniente Vladimir Pravik, al que nadie le había dicho que había una ingente radiactividad en el ambiente. A las cinco de la mañana habían apagado el incendio de los alrededores evitando que se propagara. Ya sólo ardía el grafito del reactor 4, que estaba a unos 2.500 °C y era el que impulsaba a modo de chimenea todo el material radiactivo hasta altas capas de la atmósfera. Y entonces llegaron los helicópteros militares al mando de Vladimir Shevchenko.

Lo primero que vieron los tripulantes entre la humareda fue el grafito al rojo. Empezaron a lanzarle una mezcla de arena, arcilla, plomo y boro. Este último era para absorber neutrones evitando que éstos activaran los distintos materiales o incluso que se reiniciara la reacción. El plomo era para disminuir la radiación gamma. El resto para apagar y contener el bloque de grafito.

Cuando más de dos semanas después se consideró extinguido el incendio y detenida la emisión de radiactividad, se habían lanzado unas 5.000 toneladas desde los helicópteros. Sus tripulantes y los primeros bomberos fueron las primeras 31 víctimas mortales, aunque en los primeros días sólo habían muerto dos personas y había unas 50 hospitalizadas. Quizá por esto, las autoridades no le dieron mayor importancia al accidente, aunque los niveles de radiación les aconsejaron ordenar la evacuación de la población de los alrededores, unas 150.000 personas en total. Dijeron, quizá con buen criterio para evitar retrasos, que la evacuación sería por tres días.Todavía se pueden encontrar en muchas casas efectos personales que no se llevaron sus inquilinos para no cargar con mucha impedimenta. Total, para tres días...

Los héroes continuaron surgiendo y pereciendo. El ejemplo siguiente quizá fuera el más dramático. Antes de que los helicópteros lanzaran su carga, que era la apropiada, se había vertido gran cantidad de agua en el reactor en un intento absurdo de apagar así el incendio. Esa agua había formado una pasta con el combustible nuclear que aún quedaba y otros materiales fundidos, incluidos el hormigón y la tierra sobre el que se asentaba. Aquello era una mezcla ardiente con todo el aspecto y consistencia de la lava de un volcán. Para limpiar todo aquello se fueron enviando por oleadas miles de trabajadores y soldados a los que se llamó «liquidadores». Se habla de hasta medio millón de personas. Pero antes de que empezaran su temible faena, había que evitar que aquella lava entrara en contacto con el agua de la piscina donde se almacenaban los residuos radiactivos para que no se produjera una explosión térmica que hubiera aumentado la radiactividad de los alrededores hasta unos niveles sin duda mortales. Para ello, había que abrir dos válvulas de ciertos conductos de evacuación que sólo dos ingenieros sabían dónde estaban exactamente. Allá que se fueron vestidos con un simple impermeable y acompañados por un soldado que llevaba una linterna. Esta se apagó por falta de pilas y tuvieron que encontrar las válvulas a tientas. Escribamos también sus nombres como sencillo homenaje, porque su destino ya puede imaginar el lector que fue muy triste: los ingenieros eran Alexéi Mananenko y Valeri Bezpalov; el joven de la linterna era Borís Boranov.

Los liquidadores pudieron comenzar su tarea gracias a aquellos héroes y no sólo iban bien equipados y vestidos, sino que sólo se les permitía estar 40 segundos en el área contaminada. Para que el lector se haga una idea de los niveles de radiactividad que había en la zona, piense que los vehículos de los liquidadores que estaban aparcados en las cercanías emitían dosis superiores a las máximas permitidas... ¡veinte años después!

Se puede encontrar una intervención hablada de Manuel Lozano Leyva, sobre los 10 experimentos más bellos de la física en Ciencia para escuchar.


miércoles, 5 de agosto de 2009

Los Ictíneos de Monturiol

Este año se cumple el 150 aniversario de la presentación en el puerto de Barcelona del primer submarino español, el Ictíneo I de Narcís Monturiol i Estarriol.

El Ictíneo I era un submarino movido por los brazos de sus tripulantes, con estructura de madera y forma de barril, provisto de garfios y cestillas para la recolección del coral. Un aparato tan innovador en un país tan poco desarrollado tecnológicamente no interesó a casi nadie y menos a los gestores de las instituciones del estado que eran las únicas que hubieran podido costear el desarrollo de un proyecto tan complejo. Pese a todo, Monturiol construyó en 1864 el Ictíneo II, que acabó también con el tiempo reducido a chatarra. Este llevaba una máquina de vapor para mover la hélice que obtenía calor haciendo reaccionar peróxido de manganeso, zinc y clorato potásico. Residualmente, desprendía oxígeno, que se destinaba a la respiración de los miembros de la tripulación.


Nanomotores

Según se puede leer en Wikipedia un nanomotor es un dispositivo capaz de convertir energía en movimiento y fuerzas en el orden de los piconewtons. Sus dimensiones acostumbran a ser similares a las de las bacterias, por ejemplo, las varillas de oro y platino fabricadas por Thomas E. Mallouk y Ayusman Sen en Harvard tienen unas dimensiones de dos micras de largo y 350 nanómetros de ancho.

Los desplazamientos de los nanomotores en los fluidos que los albergan se ven afectados por la viscosidad de estos fluidos (Esta viscosidad supone una resistencia al avance) y la inercia del nanomotor (La inercia supone una resistencia a cambiar la velocidad a la que se mueve el nanomotor). La resistencia al avance es proporcional a la anchura del objeto y la inercia es proporcional a la masa del mismo, es decir, al cubo de la anchura. Cuanto menor es un objeto, más se reduce la inercia con respecto a la resistencia al avance. Para cuerpos diminutos, la inercia se torna despreciable, quedando sólo la viscosidad como elemento a tener en cuenta.

A escala micrométrica, los desplazamientos debidos a la inercia duran alrededor de un microsegundo y la distancia recorrida es inferior a una centésima de nanómetro. Para un cuerpo micrométrico sumergido en agua, el agua tiene una viscosidad parecida a la miel.

El funcionamiento de las nanovarillas en agua oxigenada del siguiente grabado se basa en la aplicación de una fuerza continua para vencer la resistencia al avance. En el extremo de platino, cada molécula de H2O2 se descompone en una molécula de oxígeno, dos electrones y dos protones. En el extremo de oro, los electrones y los protones se combinan con cada molécula de H2O2 para producir dos moléculas de agua. Se genera así un exceso de protones en un extremo de la varilla y un déficit de protones en el otro extremo. Con esta disposición, los protones se desplazan desde el platino hacia al oro, por la superficie de la varilla.

La rueda de la derecha es un motor rotativo de 100 micras de diámetro. En ella las reacciones químicas desplazan protones y agua alrededor de los dientes haciéndola girar.

Los protones, en su desplazamiento, atraen la zona cargada negativamente de las moléculas de agua, desplazándolas e impulsando la varilla en el sentido opuesto, mediante un mecanismo de reación. Se pueden utilizar otros fluidos para conseguir mayores velocidades en las nanovarillas. Resultan interesantes las mezclas de glucosa y oxígeno y H2O2 e hidracina.

Estas nanovarillas sumergidas en agua oxigenada se mueven en direcciones aleatorias, cambiando su rumbo sin cesar y al azar, debido al movimiento browniano. Para aplicaciones reales, las nanomáquinas necesitan de un mecanismo que les guíe hacia su objetivo. Se puede conseguir un mecanismo de guiado añadiendo a las nanovarillas discos de níquel que permiten orientarse a las varillas dentro de un campo magnético.

Nanovarillas dotadas de discos de níquel.

También se ha conseguido orientar el desplazamiento de las nanovarillas aumentando la concentración de agua oxigenada en el camino que se desea que recorran.

El equipo de Pietro Tierno y Francesc Sagués, del Departamento de Química Física de la Universidad de Barcelona, han creado nanomotores formados por dos partículas magnéticas de diferente tamaño unidas por un puente de ADN. Cuando se ve afectado por un campo magnético externo el nanomotor gira. Si este nanomotor está además situado cerca de una superficie plana sólida, el giro del nanomotor provoca su desplazamiento a lo largo de esta superficie.

Partículas magnéticas unidas por un puente de ADN.

Algunos modelos de nanomotor se basan en el hecho de que las moléculas están siempre en movimiento, lo que se conoce como movimiento browniano. Se trata de crear mecanismos que permitan avanzar a los nanomotores en un sentido, impulsados por el choque de las moléculas, del fluido en el que está inmersos, contra ellos, pero impidan su avance en sentido contrario, gracias al empleo de moléculas "trinquete".


La información del artículo se ha obtenido de "Propulsión y conducción de nanorrobots", Thomas E. Mallouk y Ayusman Sen, Investigación y Ciencia, Julio 2009.

martes, 4 de agosto de 2009

Cálculo de la resistencia de vigas de madera

En el libro “Construcciones e industrias rurales“ escrito por José Bayer y Bosch y editado en Barcelona en 1889 hemos encontrado una fórmula para el cálculo de la resistencia de las vigas de madera. De hecho lo que permite es calcular las medidas de la sección de la viga necesaria para soportar un determinado peso.

Se trata de calcular la sección de las vigas del piso de un granero. Este suelo está construido con ladrillo colocado sobre latas (Listones de madera) que descansan sobre las vigas. Las vigas estarán separadas entre si un espacio de 60 centímetros. El granero acumulará una altura de 80 centímetros de trigo. Haciendo los cálculos pertinentes resulta que por cada metro cuadrado de granero la estructura ha de soportar un peso de 648 Kg de grano, 90 Kg del enladrillado y 5,65 del enlatado, en total 743,65 Kg.

Teniendo en cuenta que las vigas se colocan a una distancia de 60 centímetros, el metro lineal de viga ha de soportar un peso de 446,19 Kg y, por tanto, cada milímetro de la longitud de las vigas ha de soportar un peso de 0,446 Kg. En la fórmula este valor está representado por la letra “q“ que es la carga que han de soportar las vigas por milímetro de longitud.

Para realizar el cálculo el autor utiliza la siguiente fórmula, correspondiente al caso de una viga apoyada por sus extremos y sometida a una carga uniformemente repartida en toda su longitud:

En la expresión anterior “R“ es el esfuerzo a que pueden someterse las vigas por milímetro cuadrado de sección, que en el caso de la madera tiene un valor de 0,6 Kg/mm2 (La tensión de rotura del pino es de 6 Kg/mm2 y su tensión de trabajo “R“, con un coeficiente de seguridad de 10, de 0,6 Kg/mm2. F. Reauleaux en su “Tratado General de Mecánica“ llama a “R“ coeficiente de seguridad y a la tensión de rotura coeficiente de rotura.).

La longitud de las vigas está representada por “l“ y se indica en milímetros (En nuesto caso las vigas tinen 4 metros, es decir 4.000 milímetros). Los lados de la sección rectangular de la viga vienen representados por “b“ (Base) y “h“ (Altura). En este caso se toma la base como la mitad de la altura.

Sustituyendo en la fórmula las letras por sus valores tendremos:

Si se efectúan las operaciones resulta que:

Y, por tanto:

Una vez conocida la altura de la sección de la viga, la base es la mitad de este valor.

En cualquier caso, si la viga tiene una sección rectangular, el lado mayor ha de ser la altura y el menor la base, de esta forma se aprovecha mejor su masa para resistir esfuerzos. Esto se puede comprobar volviendo a hacer el cálculo anterior, suponiendo que la base es el doble de la altura. Si hacemos esto comprobaremos que las medidas de las vigas han de ser considerablemente mayores para soportar la misma carga (165 x 327 mm).

En Impresiones podemos encontrar un sistema para aprovechar al máximo los troncos en la construcción de vigas.

El Bigtrak y el Buggy BBC

En el libro "El microordenador en la enseñanza" de A. J. Obrist (Inglaterra 1983), editado en España en 1985, he encontrado la referencia de unos vehículos que hoy en día llamaríamos microbots. Se trata del Bigtrak un vehículo programable fabricado en 1979 y el Buggy BBC controlado por microcontrolador y que, entre otras cosas, podía ejercer de robot seguidor de linea. Parece mentira lo que se llegan a parecer nuestros microbots actuales.

Buggy BBC.

Bigtrak. (Se puede encontrar en Aeroquino.)

lunes, 3 de agosto de 2009

Despiece de disco duro Quantum

Este disco duro Quantum equipaba un ordenador Olivetti XANA 53-120 de 1996. A continuación pasamos a desmontarlo.

En la parte posterior se encuentra la tarjeta con la electrónica que controla el disco duro.

Entre los integrados de la placa se distingue el Quantum 14-108403-01 (TI F642207PGF), la memoria RAM Sanyo LC321664BJ-70 y el controlador de las señales de los cabezales de lectura y escritura LUCENT 91C05F.

En la fotografía siguiente se puede ver el microcontrolador NEC D787012JGC107 y el controlador del motor del cabezal TDA5147AK.

Una vez retirada la tapa que encierra la parte mecánica, de forma estanca, se puede ver el disco y el cabezal de lectura y escritura.

A continuación se puede ver de cerca el cabezal de lectura y escritura. La bobina del motor que mueve el cabezal se encuentra entre dos imanes permanentes con forma de sector circular.

Una vez retirada la placa que contine la electrónica se puede ver la parte posterior del motor sin escobillas que hace girar el disco.

Aquí se puede ver el cabezal desmontado, con los dos imanes permanentes al lado. Estos imanes son de neodimio y tienen una gran fuerza.

En la parte opuesta a los cabezales se encuentra la bobina, pegada sobre el cuerpo de plástico.

Los dos cabezales de lectura y escritura están fijados sobre dos láminas flexibles de acero.

La comparación con el extremo del bolígrafo nos da una idea de lo reducido del tamaño de estos cabezales.

Retirando el eje del disco se puede ver el estator del motor que le hace girar. Este estator está formado por nueve bobinas sobre un núcleo de chapas magnéticas.

Aquí se puede ver un detalle de estas bobinas.

Los discos de los discos duros están fabricados con un material no magnético (Aluminio o vidrio) recubierto de una finísima capa de otro material magnético (Oxido de hierro en los antiguos y aleaciones de cobalto en los actuales). Este disco está montado sobre el rotor del motor sin escobillas que lo hace girar.