jueves, 28 de enero de 2010

Taladro manual de 1913

A continuación se pueden ver unas máquinas universales para taladrar, con movimiento á mano.

La columna está provista, en su pié, de mordazas sujetadoras que sirven para la fijación de la máquina sobre un banco de ajustage ó en alguna gran pieza de trabajo; sin embargo, bajo demanda y mediante extra-precio, puede suministrarse dispuesta para otro procedimiento de fijación.

Él brazo, guiable sobre el árbol vertical, lleva en su parte anterior un soporte en forma de arco, en el cual se aloja el husillo taladrador. El movimiento de este husillo se efectúa mediante ruedas cónicas y su avance puede producirse automáticamente. En la parte posterior del brazo va montado el volante para el impulso de la máquina, con doble contra-movimiento de engranage. Combinando las ruedas, se obtienen 4 velocidades distintas. El brazo es ajustable vertical y horizontalmente; en el modelo RNNy puede además ajustarse angular-mente respecto á la columna.

ALFRED H. SCHÜTTE, CATÁLOGO GENERAL DE MÁQUINAS -HERRAMIENTAS, Barcelona 1913

La red telegráfica universal en 1883

Consideramos ocioso encomiar la importancia de la telegrafía eléctrica en cuanto se refiere á las relaciones privadas, oficiales é internacionales. Esta aplicación de uno de los ramos de la física que han hecho más progresos de un siglo á esta parte, es una conquista tan brillante del genio humano sobre el tiempo y las distancias, que nadie podrá desconocer su inmensa trascendencia. Limitada en un principio á la correspondencia oficial ó gubernativa, á los despachos diplomáticos, ha adquirido todo su desarrollo tan luego como se experimentó la necesidad de ponerla al servicio de los intereses privados. Desde este momento ha tomado un vuelo asombroso el uso del telégrafo, vuelo que no cesa de crecer á medida que aumenta el número de estaciones abiertas al público; así es que, concretándonos á Francia, veinte años atrás diez y siete estaciones telegráficas apenas trasmitían anualmente 9.000 despachos, mientras que hoy 3.500 estaciones expiden más de 6 millones.

El despacho telegráfico no sirve tan sólo para las relaciones de familia ó amistad, sino también, y más especialmente, para las de negocios comerciales, industriales y bursátiles. Esto en cuanto á los intereses privados. La diplomacia, la guerra, las obras públicas, la administración, la política, la policía, apelan continuamente al telégrafo. En una esfera más elevada y serena, la de la ciencia, presta eminentes servicios, proporcionando á los astrónomos los medios de determinar con precisión la longitud, anunciando á todos los observatorios el descubrimiento de astros nuevos, cometas ó planetas, y haciendo así ganar mucho tiempo, semanas enteras, para la comprobación y consignación de los descubrimientos. En meteorología, el servicio telegráfico anuncia las próximas perturbaciones del tiempo, las crecidas de los rios, avisa á los puertos los temporales inminentes, y dota así á la navegación de preciosos informes que han evitado muchos siniestros á los buques y á sus tripulaciones.

Esta enumeración de los servicios prestados por la telegrafía es sobrado incompleta; pero el mejor medio de demostrar toda su importancia es trascribir á continuación algunas cifras que indican el estado actual de la red de líneas aéreas y submarinas que funciona hoy en toda la tierra.

El desarrollo de los hilos en el globo entero no baja de 2 millones de kilómetros, lo que equivale á cincuenta veces la longitud de la circunferencia de la tierra. De esta cifra total corresponden á la telegrafía submarina 80.000 kilómetros repartidos entre 231 cables, de longitudes desiguales.

Hace diez años que las líneas aéreas europeas medían 270.000 kilómetros, y la longitud total de los hilos 700.000; á fines de 1877 estas cifras ascendían á 450.087 y 1.200.000 respectivamente. Francia tenia á la sazón 44.000 kilómetros de líneas y 123.000 de hilos; á fines de 1880, la longitud de las líneas telegráficas francesas era de 59.152 kilómetros, cuando en 1851 sólo era de 2.000.

Los demás países de Europa que tienen su red más extensa contaban á fines de 1880 las siguientes longitudes de líneas, en las cuales no van comprendidas las de las numerosas líneas afectas al servicio especial de los ferro-carriles:

Australia tenia á la sazón una red de 42.947 kilómetros; y la de las Indias inglesas ascendía á 29.120 (1).

El número de los despachos expedidos ha aumentado en proporción enorme. Para dar una idea de la actividad de la correspondencia en los países industriales, citaremos á Inglaterra, por cuya red circularon durante el año 1870, 10.200.000 despachos, ó sea 203.600 por semana. M. W. Huber, de quien tomamos estos datos estadísticos, dice que el 18 de julio de 1870, dia en que se conoció en Londres la declaración de guerra entre Francia y Prusia, se recibieron en la estación central 20.592 despachos. La red telegráfica india expidió en 1871 33.000 despachos; y á pesar del alto precio de las tasas, 240.000 telegramas han atravesado en un año el Océano por los cables trasatlánticos. El número de telegramas expedidos en 1880 en los Estados Unidos, cuyas líneas tenían en 1.° de enero de 1881 272.164 kilómetros con 500.000 de desarrollo de hilos excedió de 33 millones. En estas cifras no van incluidos los hilos destinados al servicio especial de los caminos de hierro.

Estos datos estadísticos bastan para formarse idea del vuelo que ha tomado la correspondencia telegráfica en varios puntos del globo.

Europa está en comunicación directa con el continente americano del Norte por siete cables, cinco de los cuales parten de Valentía (Irlanda) y dos de Brest, yendo á parar á Trinity-Bay, en la isla de Terranova, y á San Pedro Miquelon, para llegar desde allí al territorio de los Estados Unidos. La América del Sur es también enlazada con Europa por una línea submarina que pasa por la isla de Madera y las de Cabo Verde y termina en la extremidad más oriental de América, esto es, en el cabo de San Roque (Brasil).

La India se halla actualmente en comunicacion telegráfica con Europa por dos cables submarinos; ambos van por el mar Rojo, penetrando en el Mediterráneo, se dividen en varios ramales que van á Sicilia y á Italia, Francia, y por último á Inglaterra, costeando á Portugal, de donde se dirigen á la punta sudoeste de la Gran Bretaña por el Atlántico; otras líneas se subdividen también á partir del golfo Pérsico, en muchas líneas aéreas que penetran en Rusia, Alemania y Siria. Finalmente, la misma Australia comunica con la red india, de suerte que un despacho expedido en Sydney llega directamente á New-York ó Boston, y de allí, por la línea telegráfica que cruza el continente americano, hasta San Francisco, á orillas del Océano Pacífico. En méno de una hora recorre este telegrama 27oº de longitud, ó sea una distancia efectiva de más de 30.000 kilómetros. El siguiente caso, que copiamos de la obra de M. Huber. bastara para dar una idea de la rapidez de la correspondencia eléctrica.

«El 12 de noviembre último, dice, celebraban al mismo tiempo un banquete, en Londres y en Adelaida, los interesados en esta gran linea de 35.852 kilómetros, de los cuales 28 son de cables submarinos (la línea transaustraliana). En Londres se había instalado un aparato telegráfico detrás del sillón del presidente. Al dar principio al banquete, se expidió á Australia un despacho de felicitación: á su conclusión, llegaba de Adelaida la respuesta, terminada en un hurrah» (2).

Todavía queda un vacío para que la circunferencia entera del globo esté enlazada por la red. América y Asia no comunican aún directamente: pero ya se han proyectado cuatro líneas, dos de ellas enteramente submarinas, y muy en breve cruzarán el Océano Pacífico las corrientes eléctricas, como atraviesan el Atlántico hace ya diez y seis años. Hoy llegan ya los despachos á París y Londres desde los puntos más remotos del globo, y por la noche publican los periódicos el relato de los principales sucesos acaecidos durante el dia (y aun durante la noche) en las cinco partes del mundo. El lector podrá conjeturar cuál será en lo porvenir la influencia de estas comunicaciones continuas bajo el punto de vista de las relaciones políticas, comerciales, industriales, en una palabra, bajo el punto de vista de la civilización progresiva.

(1) Hacia la misma época España tenia 16.263,792 kils. de líneas y 41.046,799 de desarrollo de hilos. (N. del T.)

(2) El periódico La Nature cita los ejemplos siguientes de trasmisión rápida de despachos á grandes distancias. El dia de la apertura de la Exposición de Melbourne, el comisario especial lord Normanby dirigió un telegrama á la reina de Inglaterra. Expedido á las 12 y 50 minutos de la tarde llegó á Londres á las 3 y 48 minutos de la madrugada: al trasmitirlo, la hora de Londres era, á causa de la diferencia de longitudes, las 3 y 10 minutos; por consiguiente recorrió en treinta y ocho minutos mas de 16.000 kilómetros de distancia. Este telegrama constaba de 66 palabras. Otro ejemplo de trasmisión rápida es el de un despacho de Londres para Sydney, expedido en una hora veinte minutos, pero que sólo invirtió treinta y cinco segundos en franquear la distancia de Singapore á Sydney, es decir, 8.160 kilómetros.

"El mundo físico", Amadeo Gillemin, Montaner y Simón editores, Barcelona 1883

miércoles, 27 de enero de 2010

Reparación de la central hidroeléctrica Sayano-Shúshenskaya

La central hidroeléctrica Sayano-Shúshenskaya, la más potente de Rusia, quedó totalmente paralizada el pasado 17 de agosto tras un accidente. Una vía de agua anegó la sala de máquinas, provocó la destrucción de tres turbinas y causó serios daños a otras siete.

Cada uno de los diez grupos generadores instalados en la central hidroeléctrica es de 640 MW. La reconstrucción de la central hidroeléctrica llevará varios años. En la foto se puede ver la central hidroeléctrica cuatro meses después del accidente.

Una red de sensores monitorea diariamente el cuerpo de la presa y su zampeado. En la foto se puede ver el grupo generador número cinco de la central hidroeléctrica.

Más de 1.200 personas están ocupadas en las obras de reparación en la sala de máquinas de la central hidroeléctrica que se llevan a cabo durante las 24 horas del día.

La sala de máquinas de la central hidroeléctrica.

El deterioro de la estructura en el grupo generador número dos ocasionó la avería de agosto pasado.

Desmontaje de las turbinas destruidas a raíz del accidente.

Mientras continúan las obras de reparación en la sala de máquinas, se construye un aliviadero en la orilla.

Los termómetros marcan 30 grados bajo cero en la república de Jakasia (Siberia). El personal de la central hidroeléctrica trabaja en trajes especiales y se releva cada dos horas. Trabajan con martillos neumáticos para retirar el hielo que se acumula en los accesos.

Unas 2.500 personas construyen el aliviadero que, según previsiones, entrará en funcionamiento el próximo verano. El túnel fue perforado en la roca. El nuevo aliviadero permitirá evacuar las aguas del embalse directamente al Yeniséi.

A continuación se pueden ver unos videos del accidente.

El hielo amenaza la central Sayano-Shúshenskaya

El bloque de hielo de 25.000 toneladas de peso y 22 metros de altura que se ha ido formando en la coronación de la presa hidroeléctrica rusa Sayano-Shúshenskaya podría ocasionar nuevos accidentes en esta planta siberiana donde murieron 75 personas a causa de una avería en agosto pasado.

La corteza de hielo podría provocar el hundimiento de la presa si continua aumentando de espesor, o posteriormente en junio o julio, cuando suban las aguas del Yeniséi, según algunos expertos. Por otra parte, los representantes de la compañía RusHydro admiten que la situación es "extraordinaria" pero aseguran que la situación está bajo control y descartan la posibilidad de nuevos accidentes. "No hay riesgo de que ocurra una catástrofe", afirma Rasim Jaziajmétov, director gerente de RusHydro.

Dado que la central no puede desembalsar agua turbinándola, ya que la sala de turbinas está en proceso de reparación, se ve obligada a mantener sus aliviaderos abiertos durante este invierno, con el objetivo de preparar el embalse para la crecida del verano próximo. La caida del agua sobre el muro de la presa genera una nube de partículas de agua flotando a una altura de 100-200 metros sobre la presa que las bajas temperaturas transforman en granos de nieve o hielo que caen sobre las instalaciones, formando un gran bloque de hielo.

Los técnicos de RusHydro calculan que esta mole de hielo, de unas 25.000 toneladas a día de hoy, ejerce una presión de 200-300 toneladas por cada metro lineal del coronamiento. El nivel crítico sería de 400 toneladas por metro lineal, según la estimación de Lenhidroproyekt, la empresa diseñadora de la central.

Si la temporada de frío persiste, la altura del iceberg podría duplicarse en dos o tres semanas. El coronamiento difícilmente aguantará tanta presión, lo que comporta el peligro de graves destrucciones en la cuenca del Yenisei, según Alexander Prokopchuk, investigador del Instituto de Física Nuclear en la Universidad Estatal de Moscú.


Las consecuencias podrían ser catastróficas durante la crecida: una ola de 30-50 metros de altura se precipitaría corriente abajo por el Yeniséi con una velocidad próxima a 100 Km/h. Inundaría en cuestión de treinta minutos la ciudad de Sayanogorsk, con una población de 50.000 habitantes, y dos localidades más en donde vive un total de 14.000 personas.

A Krasnoiarsk, cuya población supera un millón de habitantes, esta crecida llegaría en 4 ó 5 horas, muy debilitada ya, pero si las aguas hiciesen colapsar la presa hidroeléctrica local, que es la segunda en potencia de la zona, la ciudad se vería afectada por una ola de 60 metros de altura.


La compañía RusHydro planea reparar en los próximos meses dos turbinas hidráulicas, de las diez que posee la central, y poner en marcha el primer grupo de un nuevo aliviadero que se está construyendo excavado en la roca y que descargará por debajo de la presa, lo que mejorará en grado notable la actual capacidad de desagüe.

Con una presa de 245 metros de altura y una longitud de 1.066 metros, la hidroeléctrica Sayano-Shúshenskaya, en funcionamiento desde 1978, es la mayor de Rusia y una de las más grandes del mundo.

La central tiene diez unidades generadoras, de 640 megavatios, que producían 22.800 millones de kilovatios hora al año. La reconstrucción de la central se prolongará durante años.

Aspecto de la sala de turbinas el día 20 de agosto, después del accidente.

El 17 de agosto de 2009, cerca de Sayanogorsk en el sur de Rusia central, 75 trabajadores perdieron la vida en un accidente que tuvo lugar en la sala de turbinas de la central hidroeléctrica Sayano Shúshenskaya, situada en la cuenca del río Yenisei. Una enorme cantidad de agua inundó la sala de turbinas, causando la explosión de un transformador y desperfectos en las diez turbinas, con la destrucción de tres de ellas. Además, se vertieron al río 40 toneladas de aceite de refrigeración del transformador, matando unas 400 toneladas de truchas en dos piscifactorias, aguas abajo de la central.

martes, 26 de enero de 2010

Transistores IGBT

Un transistor bipolar de puerta aislada (insulated-gate bipolar transistor IGBT) es un dispositivo semiconductor con tres terminales de conexión, muy útil por su alta eficiencia, potencia y rapidez de conexión y desconexión.

Las fuentes de alimentació conmutadas se utilizan en muchos aparatos innovadores, como coches eléctricos, refrigeradores de velocidad variable, aparatos de aire acondicionado, equipos estéreo con amplificadores digitales, etc. Como que están diseñados para encender y apagar rápidamente, los transistores IGBT se usan en amplificadores que trabajan con formas de onda complejas, en modulación por ancho de pulso (PWM) y en filtros de paso bajo.

El IGBT combina las características de las señales de puerta (Velocidad de conexión y desconexión) de un transistor MOSFET (transistor de efecto de campo MOS) con la capacidad de poder controlar corrientes de gran intensidad y bajo voltaje de saturación de los transistores bipolares. Para ello se une en un mismo componente una puerta aislada FET, para la entrada de control, y un transistor bipolar de potencia, utilizado como conmutador. Los transistores IGBT se utilizan en aplicaciones de media y alta potencia, en fuentes de alimentación conmutada, control de motores de tracción y de dispositivos de calefacción por inducción. En aplicaciones industriales se utilizan módulos IGBT, que incorporan muchos transistores montados en paralelo, con lo que se consiguen manejar corrientes de cientos de amperios, con voltajes de bloqueo de hasta 6.000 voltios.

Estos dispositivos semiconductores de potencia se utilizan en convertidores CC/CA, en maquinaria, robots industriales, compresores de equipos de aire acondicionado, equipos de fabricación de semiconductores, unidades de control de motores en automóviles y vehículos eléctricos híbridos, equipos de soldadura, UPS (Fuentes de alimentación ininterrumpida) y equipo médico. Desde su introducción en 1988 hasta el presente, los transistores IGBT han ido evolucionando y ganando terreno a otras tecnologías, hasta convertirse en el tipo de transistores más utilizado en los módulos de potencia, gracias a su excelente rendimiento y posibilidades de control.

Pongamos como ejemplo el de la empresa japonesa Fuji Electric, que desde el principio comenzó a suministrar una serie de módulos IGBT estándar. Con el tiempo sacó al mercado la 2ª generación de módulos, añadiendo a los nuevos modelos un IPM (Intelligent power module) y un PIM (Power integrated module). Con la 3ª generación se aumentó considerablemente el número de de modelos, y en la 4ª se agregó una serie de modelos de pequeño tamaño (EconoPack) y bajo coste (Comercializados por la empresa Eupec GmbH. Warstein).

Dimensiones del módulo IGBT 6MBI450U4-170 de Fuji Electric.

Con la 5ª generación (La serie U fue introducida en 2002), Fuji Electric añadió una serie de módulos de 1.700 V, ampliando la intensidad máxima a 3.600 A, y empezó a ofrecer módulos IGBT específicamente diseñados para vehículos híbridos y módulos IGBT con capacidad de bloqueo invertido para su uso en convertidores AC/AC del tipo de matriz invertida (Sparse matrix converter).

Con la 6ª generación de dispositivos, se mejoró mucho el rendimiento del IGBT. En 2010 se lanzará la 7ª generación con una nueva estructura interna.

En este proceso de ampliar la tensión de trabajo de los módulos IGBT de alta potencia y de reducir el tamaño y el precio de los de menor potencia, se abren nuevos campos de aplicación para estos componentes.

Como ejemplo de componentes IGBT podemos citar el módulo 6MBI450U4-170 de Fuji Electric. Se trata de un mósulo IGBT que soporta 1.700 voltios y una intensidad contínua de 600 amperios a 25 ºC y de 450 amperios a 80 ºC. Soporta picos de corriente de 1.200 amperios durante un milisegundo. Sus dimensiones son muy reducidas, 150x 162 x 20 milímetros. En iiiCStore se vende a un precio de 470,59 $.

lunes, 25 de enero de 2010

Aerogenerador Siemens SWT-3.6-107

La experiencia de más de 7.000 aerogeneradores instalados desde 1980 (Contando los desarrollos realizados por la empresa BONUS que Siemens adquirió en 2004) han permitido a Siemens asumir el desarrollo de aerogeneradores de 3,6 MW de potencia nominal, una cantidad enorme comparada con los 22 Kw de los primeros diseños.

El recurso más importante de Siemens Wind Power lo representan los más de 5.000 empleados que integran la empresa.

Los diferentes modelos que fabrica la empresa son el SWT-3.6-107 (98 aerogeneradores instalados), el SWT-2.3-101 (1 aerogenerador instalado), el SWT-2.3-93 (1.374 aerogeneradores instalados), el SWT-2.3-82 (633 aerogeneradores instalados), y el SWT-1.3-62 (1.520 aerogeneradores instalados), lo que, sumado a otros aerogeneradores de menor potencia, supone un total de 7.793 aerogeneradores, con una potencia nominal total de 8.813 MW. (En este total de potencia se incluyen los modelos SWT-2.0-76 y los aerogeneradores de 1 Mw y más pequeños.

Montaje de un aerogenerador Siemens SWT-3.6-107 en el parque eólico marino de la Bahía de Liverpool (Inglaterra).

Las palas usadas en el aerogenerador SWT-1.3-62 y en los modelos posteriores están fabricadas con la tecnología IntegralBlade®. Como es habitual en estos elementos, están fabricadas con fibra de vidrio reforzada con resina epoxy. El proceso de fabricación IntegralBlade®, inventado por Siemens, permite fabricar palas de aerogenerador de una sola pieza, mediante un proceso cerrado.

El refuerzo de fibra de vidrio se seca primeramente dentro de un molde cerrado, en el que se ha realizado el vacío, formado por un molde exterior rígido y un contramolde interior flexible, que se expande comprimiendo las fibras contra el molde exterior. Una vez realizada la operación anterior se inyecta la resina epoxy. Posteriormente, la pala se endurece a alta temperatura, mientras sigue encerrada dentro del molde. Una vez acabado el proceso se retira el molde exterior y se extrae el molde interior después de desinflarlo.

El resultado es una única lámina, sin uniones pegadas que puedan actuar como puntos débiles, exponiendo potencialmente la estructura a la formación de grietas, la entrada de agua y los rayos.

Dado que el proceso de fabricación IntegralBlade® es cerrado, ofrece un ambiente de trabajo limpio, las resinas que se aplican a las palas no liberan compuestos orgánicos volátiles, por lo que el riesgo de exposición a compuestos alergénicos es mínima.

Transporte de las palas para un aerogenerador Siemens SWT-2.3-93 (Madison - USA).

La protección contra los rayos de estos aerogeneradores se ajusta a la norma internacional IEC 61400-24 (Protección contra Rayos Nivel I). Las palas están protegidas con un sistema de protección especial que ha sido probado en laboratorio con corrientes de 200 kA sin mostrar señales de daños de consideración. Un cable flexible comunica las palas con el cubo de la hélice y el eje principal, por donde descargan los rayos. Los equipos eléctricos e hidráulicos están totalmente protegidos dentro de una jaula de Faraday, formada con chapa de acero de 5 mm, dentro de la cubierta de la góndola.

Los instrumentos meteorológicos, situados en la parte posterior de la cubierta están protegidos por otro sistema de pararrayos situado muy por encima de los instrumentos. Todos los componentes principales están conectados a tierra, y los dispositivos de protección contra sobretensiones proporcionan una protección transitoria de los efectos de los rayos.

El sistema de comunicaciones SCADA WebWPS Siemens permite conectarse remotamente al aerogenerador, genera informes y almacena los datos históricos. El sistema SCADA de los aerogeneradores dispone de una red de comunicación interna mediante cables de fibra óptica. Dependiendo de la disposición del parque eólico, la red se divide en grupos cada uno compuesto de 8 a 10 turbinas.

El generador está conectado al transformador de media tensión mediante el sistema de conversión de energía NetConverter®. Este sistema ofrece la máxima flexibilidad en la respuesta de la turbina a requisitos de voltaje y frecuencia. El sistema de convertidores eléctricos utiliza una serie de módulos refrigerados por agua conectados en paralelo.

domingo, 24 de enero de 2010

Turbinas de gas SIEMENS

La turbina de gas más grande del mundo, con una potencia de 340 MW, se construyó en noviembre de 2007. En combinación con una turbina de vapor proporcionarán a una nueva central de ciclo combinado un récord de eficiencia de más del 60%, cuando entre en funcionamiento en 2011.

Los habitantes de Irsching en Baviera se asombraron al paso del remolque de gran tamaño que transportaba la nueva turbina para la central de ciclo combinado de la ciudad. La turbina mide 13 m de longitud, cinco metros de altura, y pesa 444 toneladas. Para realizar este transporte se hubo de reformar un puente a la entrada de la ciudad.

La turbina viajó 1.500 kilometros para llegar a Irsching, inicialmente por el agua del río Havel, varios canales, el Rin y el Main. A continuación, recorrió el canal Main-Danubio hasta Kelheim, en donde fue cargada en un camión para recorrer los 40 Km finales. Esta odisea se llevó a cabo debido a que la única manera de probar a fondo este tipo de grandes turbinas es ponerlas en funcionamiento en una central energética. Según Hans-Otto Rohwer, director del proyecto PG en Irsching, fue una coincidencia que la empresa de energía EON tuviera la intención de ampliar la central eléctrica de Irsching.

En 2007 Siemens también construyó una planta de ciclo combinado en la central de Baviera (bloque 5) de EON Kraftwerke GmbH. La planta, finalizada en 2009, incluye dos pequeñas turbinas de gas y una turbina de vapor. Siemens también construyó un nuevo bloque en la planta 4, para instalar la turbina gigante. La producción de la turbina de 340 MW, que es igual a la de 13 motores de avión Jumbo, es suficiente para suministrar energía a la población de una ciudad del tamaño de Hamburgo. Siemens utiliza la infraestructura existente allí, comprando gas natural de EON-Ruhrgas, y vendiendo la electricidad que produce la planta.

Para probar la turbina en condiciones reales, durante 18 meses, se instalaron 3.000 sensores para registrar todo, desde la temperatura y la presión a la tensión mecánica y la deformación del material. Si un componente era defectuoso, o no, los ordenadores conectados a los sensores avisaban del problema de inmediato, para proceder a eliminar, sustituir o reelaborar el componente. La mayor parte de la tecnología de medición estaba oculta, destacando una sección de 21 remolques de oficinas para las estaciones de medición. Los remolques parecían pequeños al lado de la sala de turbinas, de 30 metros de altura. A pesar de su enorme tamaño, la fachada metálica de la nueva instalación parece ligera y moderna en comparación con tres de las viejas plantas construidas en las décadas de 1960 y 70, con sus torres de hormigón de 200 metros de altura.

En un espacio en el suelo, entre la turbina y el generador, está instalado el sistema de lubricación, para mantener todas las piezas móviles del conjunto del eje lubricado. Sobre una de las paredes se encuentra la unidad de admisión de aire, que trae aire fresco desde el exterior. El equipo de aire acondicionado dispone de filtros y atenuadores de ruido, pudiendo suministrar hasta 800 kg de aire por segundo, cuando la planta opera a plena capacidad, lo que permite renovar el aire dentro de la sala en pocos minutos.

El conjunto de turbina de gas y de vapor tienen una eficiencia de más del 60%, dos puntos porcentuales por encima de la, hasta entonces, planta más eficiente del mundo, la de Mainz-Wiesbaden.

En términos relativos, se quema menos combustible y se produce menos dióxido de carbono que en una central de la misma potencia eléctrica que queme otros combustibles o tenga otras turbinas. La planta de Irsching produce 40.000 toneladas menos de CO2 al año que la de Mainz-Wiesbaden. En comparación con el promedio de las centrales de carbón, que tienen una eficiencia del 42%, la nueva central de Irsching emite alrededor de 2,3 millones de toneladas menos de CO2 al año, a igualdad de produccción de electricidad.

Turbina Siemens SGT5-8000H.

Después de montar una turbina de gas aun queda mucho trabajo por hacer. El personal técnico ha de probar todos los sistemas para asegurarse de que las tuberías de alimentación de gas son estancas, los cables eléctricos están debidamente aislados y todas las válvulas abren y cierran de forma rápida y fiable. Es similar a una comprobación final antes de una misión espacial y la cuenta atrás se pone en marcha, con el encendido de los motores programado, en el caso de la central de Irsching para mediados de diciembre de 2007.

Siemens tenía una buena razón para decidirse a utilizar una turbina gigante en lugar de dos más pequeñas, como las que EON puso en marcha en la central de al lado. El precio del megavatio (MW) producido y la eficiencia se correlacionan con el tamaño de la turbina, en otras palabras, cuanto más grande es, más económico será, según explica Willibald Fischer, responsable del desarrollo de la familia de turbinas 8000H. El desarrollo de la turbina SGT5-8000H, como la que equipa la central de Irsching costó 550 millones de €.

En 1990, las turbinas de gas más grandes producían 150 MW y, junto con una turbina de vapor de 75 MW, se conseguía una eficiencia del 52%. La turbina de gas de Irsching tiene una potencia de 340 MW, que en combinación con una turbina de vapor de 190 MW aprovechan más del 60% del contenido energético del gas.

Los ingenieros que diseñaron la turbina se enfrentaron a dos desafíos, por una parte el aumento de la cantidad de aire y gases quemados que fluyen a través de la turbina cada segundo y, por otra la elevación de la temperatura de combustión de los gases, lo que hace que la producción de esfuerzo útil aumente más que las pérdidas en el interior de la turbina, aumentando su eficiencia.

Conseguir esto es difícil, cuando los álabes metálicos de la turbina han de trabajar movidos por gases calientes a una temperatura de entre 1.200 y 1.500 ° C . En la práctica, la temperatura máxima a la que se puede exponer la superficie de los álabes es 950 grados, la del rojo vivo, si se aumenta la temperatura el material comienza a perder estabilidad y se oxida. Una solución al problema es proporcionar un recubrimiento cerámico a la superficie de los álabes.

Se consigue reducir la transferencia de calor desde los gases quemados al metal de los álabes aplicando un recubrimiento de protección térmica formado por dos capas: una de 300 micras de espesor (La capa inferior directamente aplicada sobre el metal) y una capa de cerámica fina en la parte superior de esta, que proporciona aislamiento térmico.

Los álabes también se refrigeran de forma activa. Para ello se construyen huecos en su interior por donde circula una corriente de aire frío generado por el compresor. Los álabes en la parte frontal (la parte más caliente de la turbina) también tienen unos finos agujeros, por los que se escapan chorros de aire que fluye a través de los álabes, cubriéndoles con una delgada película aislante de aire, como un escudo protector.

Montaje en la planta de turbinas de gas de Siemens en Berlín.

Los álabes de la turbina están expuestos a enormes fuerzas centrífugas. El extremo de cada álabe está sometido a 10.000 veces la fuerza de la gravedad, que supone que sobre cada centímetro cúbico del material del álabe se ejerce una fuerza similar al peso del cuerpo de una persona adulta.

Los álabes de las turbinas de gas se funden de una aleación de níquel y posteriormente se endurecen, intentando que el material tenga una estructura fibrosa en la dirección en que actua la fuerza centrífuga. En los de la turbina gigante de Irsching se utilizan aleaciones de grano fino, más resistentes a la rotura.

Los ingenieros también han optimizado la forma de los álabes con la ayuda de programas de simulación en 3D, de forma que la distancia entre los álabes y la pared de la turbina sea lo más pequeñao posible. Como consecuencia prácticamente todo los gases pasan a través de los álabes y hacen un trabajo útil.

Una vez finalizado el periodo de prueba de 18 meses, siendo los resultados preliminares satisfactorios, los ingenieros dieron el visto bueno para comercializar el modelo de turbina. Después de completar con éxito todas las pruebas, la turbina fue revisada y desarmada, y todos sus componentes examinados exhaustivamente. Comprobando que todo se encontraba en orden, la unidad se volvió a ensamblar sin los instrumentos de medida.

La turbina de gas más grande del mundo sale a la carretera y llega en un remolque de plataforma a su destino.

Después de las operaciones de revisión, los ingenieros instalaron una turbina de vapor adicional sobre el extremo del eje del generador eléctrico. La turbina utiliza el vapor producido en un intercambiador de calor, mediante los gases quemados que salen de la turbina de gas a 600 °C. Sólo a través de este proceso de ciclo combinado puede aprovecharse el 60% de la energía del gas. Una vez acabada la central con todos sus equipos la inversión ascendió a 450 millones de €.


Con un peso de 444 toneladas, la turbina más grande del mundo está siendo colocada cuidadosamente sobre sus soportes.

Las centrales de ciclo combinado con turbinas de gas, se pueden poner rápidamente en marcha, utilizándose para cubrir las necesidades de los picos de consumo. Pero la central de Irsching tiene un rendimiento muy bueno, como para utilizarse simplemente para cubrir los picos de consumo. Su alta eficiencia hace que sea rentable para su uso en los periodos de carga media en la red eléctrica, a pesar de los precios del gas, ligeramente más altos que los de otros combustibles. La instalación generará electricidad entre 3.000 y 7.000 horas al año.

Reactor nuclear de Haigerloch

En los últimos días de la Segunda Guerra Mundial, los experimentos científicos alemanes sobre fisión nuclear se llevaron a cabo en un reactor situado en una sala subterránea excavada en la ladera de un acantilado en la localidad de Haigerloch. Cuando las tropas aliadas invadieron Alemania, las fuerzas estadounidenses se apresuraron a llegar a esta población para desmontar las instalaciones antes de que llegaran a manos de los rusos.

La fisión nuclear fue descubierta en Alemania en 1938-1939 a partir de los trabajos de Otto Hahn, Fritz Strassmen, Lise Meitner y Otto Frisch Robert (Con posterioridad a las experiencias de Enrico Fermi). A comienzos de la Segunda Guerra Mundial la comunidad científica internacional era consciente de las iniciativas de Alemania en este área de la física nuclear.

La amenaza de una bomba atómica nazi fue el motivo principal para la puesta en marcha de los proyectos de armas nucleares ingleses (Tube Alloys) y americanos (Manhattan). En estos proyectos participaron numerosos exiliados alemanes, italianos, hungaros, etc.

El gobierno alemán no financió un gran programa de desarrollo de armas nucleares, ya que estimaba que no se podían lograr esas bombas a tiempo para su uso en la guerra, lo que hizo que el programa alemán fuese mucho más limitado en comparación con el Proyecto Manhattan.

En 1945 una investigación americana (Project Alsos) determinó que los científicos alemanes, trabajando bajo la dirección de Heisenberg, habían alcanzado resultados similares a los obtenidos por los científicos aliados en 1942, la obtención de una reacción nuclear en cadena, de forma continua, un paso crucial para la creación de un reactor nuclear (Que a su vez puede usarse tanto para fines pacíficos, como para la creación de plutonio, necesario para fabricar armas nucleares).

En 1939 en Alemania ya se conocía que se podía producir una reacción de fisión en cadena, utilizando los neutrones resultantes de esta división, con una posterior liberación de una gran cantidad de energía. En el verano de este mismo año Siegfried Flügge publicó un artículo de periódico en el que valoraba la posibilidad de utilizar estas reacciones en cadena.

Cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial, los experimentos en este campo de la física fueron declarados secretos. Toda la investigación se transladó a la Oficina de Armas del Ejército en Berlín, que estaba dirigida por Kurt Diebner, que, a su vez, consiguió la colaboración del instituto de física Kaiser Wilhelm. Desde el principio Werner Heisenberg dirigió los trabajos de laboratorio.

Los trabajos de investigación de Alemania durante la guerra se centraron en la construcción de un reactor nuclear. Weizsäcker se dió cuenta que podía construirse una bomba con el plutonio producido en el reactor y que éste podría extraerse fácilmente.

En una reunión en la Heereswaffenamt, en febrero de 1942, Heisenberg informó de que no se podría construir un arma decisiva para la guerra, en un plazo de nueve meses, ésto hizo que los responsables nazis perdieran el interés en el proyecto. En 1944 la responsabilidad del proyecto pasó del Heereswaffenamt al Reichsforschungsrat (Consejo Nacional de Investigación), al mando de Walter Gerlach.

En 1943, los ataques aéreos sobre Berlín se estaban volviendo tan intensos que el trabajo se hizo imposible. Por este motivo se busco en el suroeste de Alemania un sitio a salvo de los ataques aéreos y a salvo de las tropas soviéticas, en caso de que llegara la ocupación por parte de los aliados. Walter Gerlach, que estudió física en Tübingen y fue profesor allí, conocía el área de Hechingen y Haigerloch. Se propuso la construcción de un laboratorio situado en un búnker en las hoces del río Eyach. Durante su visita a Haigerloch, por pura coincidencia, se descubrió la bodega subterránea de la empresa cervecera "Schwanen Inn" y se decidieron a alquilarla.

El uranio y el agua pesada se trasladaron en camiones desde Berlín a Haigerloch, donde entre finales de marzo y principios de abril se puso en marcha el famoso experimento "B8".

El reactor se alojó en un cilindro de hormigón. Entre el recipiente exterior de hormigón y el forro interior de aluminio el reactor contenía agua ligera para refrigerar el conjunto. El recipiente de aluminio tenía un diámetro de 210 Cm y una altura de 210 Cm, y contenía otra vasija de magnesio. El espacio entre los dos recipientes metálicos se llenó con una capa de 40 Cm de ladrillos de grafito. Estos ladrillos proporcionaban una protección externa que impedía la fuga de neutrones generados durante la fisión. Los 664 cubos de uranio (Cada uno con una arista de 5 Cm) iban unidos a la tapa del reactor, que se hacía bajar para introducirlos dentro del recipiente interior de magnesio. La red espacial formada por los cubos de uranio les mantenía a una distancia entre ellos cercana a los 14 Cm.

Para iniciar la reacción se insertaba una fuente de neutrones en el centro del reactor, a través de un tubo conocido como chimenea. En la parte superior del reactor había aberturas para la inserción de sondas de neutrones para determinar la distribución de los mismos en el interior del reactor, en los ladrillos de grafito, en el agua de refrigeración y en el interior del recipiente de magnesio. Por último, el agua pesada se iba vertiendo, lenta y cuidadosamente, en el recipiente de magnesio, controlando la proliferación de neutrones durante la operación de llenado. En el momento en que el reactor alcanzaba criticidad se finalizaba el experimento.

La proporción entre la densidad de neutrones en el interior del reactor sin y con agua pesada se conoce como factor de multiplicación. En el reactor de Haigerloch se llegó al valor siete, pero esto no fue suficiente para llevarle al estado de criticidad. Los cálculos posteriores demostraron que las dimensiones del reactor habrían de haber sido 1,5 veces mayores. Sin embargo, la ampliación del reactor ya no era posible en abril de 1945, debido a la falta tanto de agua pesada, como de bloques adicionales de uranio.

Poco después de llevar a cabo el último experimento, Haigerloch, situado en la zona francesa de ocupación, fue asaltado por un comando de las fuerzas especiales americanas, dentro de la operación llamada "Alsos-Mission".

El coronel Pash, comandante de esta unidad, tomó como prisioneros a los científicos alemanes en sus oficinas y viviendas particulares en Hechingen. Poco antes, Heisenberg había huido en bicicleta para encontrarse con su familia en Baviera, donde fue tomado como prisionero por los estadounidenses. Los norteamericanos también recuperaron el uranio metálico y el agua pesada, que habían enterrado, poco antes, los científicos alemanes. También desmantelaron las instalaciones del reactor y los llevaron a los EE.UU.

Las fuerzas estadounidenses habían recibido la orden de volar el sótano, pero el párroco del pueblo lo impidió, alegando que con ello también destruirían la iglesia barroca de Schloßkirche, situada sobre la bodega.

Los científicos fueron internados en la "casa Farmhall", cerca de Cambridge y mantenidos prisioneros allí hasta enero de 1946 ("como invitados de Su Majestad").

El museo Atomkeller de Haigerloch está abierto todos los días del 1 de mayo al 30 de septiembre y los sabados, domingos y festivos el resto del año, salvo entre el 1 de diciembre y el 28 de febrero en que está cerrado.



Robots BEAM

Los primeros robots BEAM fueron creados por Mark W. Tilden. Las siglas BEAM se refieren a "Biology, Electronics, Aesthetics, and Mechanics".

Los robots BEAM están realizado por circuitos analógicos y normalmente simples. No utilizan microcontroladores, por lo que son robots no programables.

Muchos de ellos imitan el comportamiento de los insectos y su forma de moverse, por lo que suelen estar hechos con estructura robustas y simples, que le dan mucha fiabilidad, además de usar células solares para hacerlos así más autónomos.

Los componentes usados para la creación de robots BEAM, suelen ser materiales reciclados, como motores, resistencias, transistores, etc. procedentes de teléfonos móviles, juguetes, ordenadores, etc.

El ferrocarril, acero en grandes cantidades

Henos aquí de nuevo en el punto principal: de un golpe irrumpió por el año 50 del siglo XIX un consumidor de hierro que demandaba cantidades hasta entonces nunca vistas, un consumidor que devoraba más hierro que todos los demás clientes en conjunto. ¿Fué una casualidad que justamente en esta época se descubriera el primer procedimiento que permitía el afinado de hierro en masa, y súbitamente hizo multiplicarse la producción de acero, que en esta época diera al mundo su idea el gran inventor Bessemer?

Así se engrana una rueda con otra y así nacieron los caballos de hierro, y así se proveyeron estos caballos, al mismo tiempo, con las masas de acero que necesitaban para poder avanzar sobre la tierra. Pero la producción en gran masa de acero fue la que hizo posible la explotación de minas en el ritmo y en las enormes cantidades necesarias para los caballos de hierro, pues éstos eran grandes devoradores de carbón, no tan antieconómicos como las antiguas bombas de vapor, pero menos económicos, con mucho, que nuestras locomotoras de hoy. Hoy necesita una locomotora para un caballo-hora aproximadamente unos tres cuartos de kilogramo de carbón ; el «Águila» necesitó gastar once libras de carbón para realizar el mismo trabajo.

Por consiguiente, en cien años se ha rebajado, con relación al mismo trabajo, el consumo de carbón aproximadamente a un séptimo del primitivo consumo.

Esto es un progreso considerable especialmente cuando se piensa en las repercusiones que lleva consigo. El «Águila» arrastraba cinco o seis coches con diez pasajeros cada uno; el tren completo corría, por lo tanto, a una velocidad máxima de cuarenta kilómetros por hora, con cincuenta o sesenta personas a través del país. Hoy una locomotora de expreso de cien toneladas de peso arrastra diez coches con un peso de cuatrocientas cincuenta toneladas y a una velocidad de más de cíen kilómetros por hora. Desarrolla esta máquina 1.900 caballos de fuerza y, sin embargo, obedece al más ligero movimiento del regulador. Maneja los pesados coches de acero como si fueran un juguete, y si Stephenson pudiera ver lo que ha llegado a ser su obra, se le llenarían los ojos de lágrimas de alegría y de emoción.

En todo el mundo quizás haya hoy un cuarto de millón de «caballos de hierro». Sólo la red de ferrocarriles del Reich posee más de 25.000. Sobre su tendido de línea de más de 90.000 kilómetros de largo, corren 700.000 vagones y 300.000 coches de viajeros : 800.000 hombres trabajan en esta empresa gigantesca. Los ingresos anuales pasan de 5.000 millones de marcos y la ganancia asciende, mal calculada, a los doscientos millones.

Todo esto descansa sobre el hierro, sobre el acero, sin el cual no habría ferrocarril alguno. No son sólo los carriles la «base metálica», como el Tribunal del Reich tan bellamente dijo, los que representan una condición indispensable para el ferrocarril, sino también todo lo demás que el ferrocarril necesita para su tráfico es de acero: la locomotora entera, los coches en su mayor parte, las señales, las garitas de señales, los discos: acero en todas partes donde dirigimos nuestra vista en los dominios del ferrocarril. Este acero manejado por los hombres realiza obras gigantescas: los ferrocarriles del Reich transportan anualmente 500 millones de toneladas de mercancías, consumen 16 millones de toneladas de carbón y 25.000 toneladas de lubricante al año; todo cifras astronómicas, todo esfuerzos enormes, que significan una resistencia grande del material, como sólo puede suponerse en el acero, en la «base metálica».

Sin hierro no puede haber ferrocarril: esto no es una perogrullada como por la composición de las palabras podría suponerse. El camino de hierro y el caballo de hierro se inventaron en una época en que no había a disposición de la Humanidad demasiado acero. Pero no pudieron alcanzar su gran propagación hasta que los nuevos procedimientos de obtención del acero, sobre todo el de Bessemer, crearon los fundamentos materiales para ello. El ferrocarril necesitaba más acero y más barato, y ambas cosas llegaron a tiempo.

Los otros metales no llegaron, o si llegaron no en tanta cantidad, y esto fue lo que fundamentó la carrera del acero al mismo tiempo que la carrera del ferrocarril.

"Tu y el acero", Volkmar Muthesius, Editorial Labor, Barcelona 1942?

Algunos videos sobre turbinas de vapor

En la red podemos encontrar multitud de videos interesantes, en este caso nos muestran el interior de las turbinas de vapor.

El primero nos muestra el rotor de una turbina de 214 Mw con sus tres secciones de alta, media y baja presión (La de mayor diámetro) durante las operaciones de control de calidad a baja velocidad de giro.

El siguiente nos muestra el desmontaje de una turbina de vapor.

sábado, 23 de enero de 2010

Marcha progresiva de la telegrafía eléctrica

Cuando Galvani descubrió las corrientes eléctricas en 1790 y Volta su pila en 1800, eran varios los medios empleados por los hombres para trasmitir su pensamiento á grandes distancias. El más perfecto era el sistema óptico debido á Claudio Chappe. Consistía su instrumento en dos reglas ó bastidores verticales con tres fajas horizontales. Un aro podía ocupar, subiendo ó bajando, posiciones diferentes con respecto á las fajas referidas; cada posición representaba un signo. Dispuesto el aparato sobre un torreón, era visible para un observador colocado en otro á larga distancia sobre una eminencia y armado de un anteojo. Este observador trasmitía las señales á otro tercero, y de esa manera quedaba establecida la comunicación. Semejante procedimiento, sobre ser poco rápido, ofrecía el inconveniente de no ser aplicable sino en días serenos. No obstante, constituía un progreso gigantesco en la trasmisión de señales, y se le adoptó en Francia desde la Convención, y en España poco después con algunas reformas.

La electricidad abrió una nueva senda, y los ensayos se repitieron en todas partes. Lessage en Ginebra, Betancourt en Madrid, Salva en Barcelona (1796), y otros realizaron algunos sistemas más ó menos practicables. Este último físico, sobre todo, inventó un verdadero telégrafo eléctrico, que funcionó varias veces según vamos á ver.

Del citado docto médico barcelonés, consta por una Memoria suya, archivada en la Real Academia de Ciencias de Barcelona, que hizo funcionar un aparato telegráfico ante aquella ilustre Corporación. Le componían 17 pares de alambres forrados con cinta de papel, cada uno destinado á transmitir una letra. La trasmisión se verificaba con la electricidad de una botella de Leyden, que hacía saltar una chispa en los extremos de cada dos alambres, según la letra que se quería representar. El ilustrado Sr. Suarez Saavedra, Director de Sección de Telégrafos, autor de un hermoso Tratado de Telegrafía, además de trascribir ese y otros datos de la Memoria referida, hace constar que el Sr. Salva, protegido por el primer Ministro de Carlos IV, repitió ante este Monarca y su Corte las pruebas de su invento, con gran satisfacción y aplauso de todos. Así lo consignó la Gaceta de Madrid del 29 de Noviembre de 1796, afirmando además que el Infante D. Antonio, muy dado á los estudios de la Física, se proponía ampliar y perfeccionar dicho telégrafo. Poco después, en efecto, hubo pruebas reiteradas y más en grande, entre Madrid y Aranjuez, pero se ignora porqué fue relegado al olvido el aparato, que en 1824 pasó al Museo de Farmacia de San Fernando. A no dudarlo, al ilustre médico español corresponde la más brillante página en la historia de la telegrafía, como dice el citado Sr. Suarez, porque en escritos muy luminosos, posteriores á las pruebas referidas, y cuando nadie se había aun ocupado de ello, hizo ver la posibilidad de establecer las líneas subterráneas y submarinas, la conveniencia de aprovechar la recien inventada pila en la trasmisión de señales, y hasta la intervención de la tierra para formar la mitad del circuito telegráfico.

En apoyo de su aserto cita la sesión de 22 de Febrero de 1804 celebrada en la propia Academia de Ciencias de Barcelona, en la cual leyó el señor Salva una «Memoria segunda sobre el Galvanismo aplicado á la telegrafía», describiendo un aparato electro-telegráfico en extremo sencillo ó ingenioso, que hizo funcionar. Una pila de Volta, seis voltámetros y los hilos necesarios para establecer el circuito con cada uno de ellos formaban todo el mecanismo. El desprendimiento de burbujas en uno ú otro voltámetro era el signo de trasmisión de una letra. Con cuánto menos motivo que este se erigiría una estatua al médico catalán en otro país!

El descubrimiento del electro-magnetismo en 1819 vino á dar un medio seguro para resolver la cuestión. Ampére propuso adoptar como señal la desviación producida sobre una aguja por la corriente do un hilo conductor; para cada letra debían establecerse un hilo y una aguja. Cooke y Weatstone construyeron en 1837 los primeros telégrafos en Londres de cinco agujas. En el mismo año Morse presentó en América su telégrafo escritor.

En 1838 fue dado á conocer á la Academia de Ciencias de Paris otro telégrafo eléctrico muy perfecto por el sabio alemán Steinheil. Desde esa época tomó tan rápido vuelo la telegrafía eléctrica, que apenas quedó nación alguna, donde las poblaciones más importantes no estuviesen enlazadas por líneas múltiples. En España fue la primera la línea aérea telegráfica de Bilbao á Portugalele, tendida para el servicio del puerto en 1847. Cuatro ó cinco años después se estableció otra en el ferrocarril de Madrid á Aranjuez. En 1853 se estableció la tercera en el ferrocarril de Barcelona á Mataró, hasta entonces servido por un telégrafo óptico. Aunque algo tardía, la instalación de las líneas oficiales comenzó con gran empuje, pues el primer año de tales trabajos (1854), se tendieron más de 700 kilóms. de líneas con numerosas estaciones de Madrid á Irún y Bilbao. En 1877 teníamos 15490 kilóms. de línea con 338 estaciones, sin contar con unos 6000 kilóms. de ferrocarril y 700 estaciones.

Al presente es tan universal la red electro-telegráfica, tanto aérea como subterránea y submarina, que no hay región dominada por naciones civilizadas á donde no lleguen los hilos ó cables de trasmisión. Hasta diez de ellos enlazan actualmente la Europa con la América al través del Atlántico.

Por otra parte, son tan variados y tan numerosos los sistemas telegráficos inventados desde los apuntados anteriormente, que sólo en volúmenes abultados puede darse cuenta de ellos. Su perfeccionamiento ha llegado á tal extremo, que con el pantelégrafo se trasmiten los manuscritos, los dibujos, los retratos si es preciso. Como último progreso de los presentes tiempos en la telegrafía mencionaremos la telefonía eléctrica, y sus auxiliares la microfonía y la radiofonía.

"Tratado elemental de FÍSICA experimental y aplicada (Octava edición)", Dr. D. Bartolomé Feliú y Pérez, Tipografía de Comas Hermanos, Zaragoza 1896

viernes, 22 de enero de 2010

La botella de Leyden

Cuneus, discípulo de Muschenbroek, célebre físico del siglo XVIII, trató cierto dia de electrizar el agua contenida en una botella de ancho gollete. Con tal objeto, cogió la botella con una mano, después de introducir en el líquido una varilla metálica suspendida del conductor de una máquina eléctrica, y cuando creyó que el agua estaba suficientemente cargada de electricidad, quiso, sin dejar de sostener la botella con una mano, quitar con la otra el alambre puesto en contacto con el conductor. Al punto sintió una conmoción cuya violencia le sorprendió en alto grado.

Muschenbroek repitió el experimento de Cuneus; pero la sacudida que experimentó en brazos, hombros y pecho fue tal que le dejó sin aliento, causándole un espanto tan grande que al noticiar á Réaumur aquel hecho, enteramente nuevo entre los fenómenos eléctricos á la sazón conocidos, le escribió «que no volvería á hacer la prueba aun cuando le dieran el reino de Francia.» Pero otros físicos fueron menos tímidos. Allaman, Lemonnier, Winckler y el abate Nollet repitieron el experimento de varios modos, y la ciencia poseyó un nuevo aparato eléctrico: la botella de Leyden, así llamada de la ciudad en que se hizo por primera vez el experimento en 1746 (1). Véase cómo se construye hoy este aparato.

Se escoge un frasco de vidrio delgado y se le adhiere exteriormente hasta los tres cuartos de su altura, el fondo inclusive, una hoja metálica que por lo regular es de estaño, y á la cual se da el nombre de guarnición ó armadura exterior de la botella. La guarnición ó armadura interior consiste unas veces en una lámina metálica que cubre las paredes interiores, otras en perdigones, y otras en hojas de oro ó de latón de que se llena el frasco; según hemos visto, la botella de Muschenbroek lo estaba de agua, es decir, que ha de ser siempre un cuerpo conductor. Por último, al tapón de corcho de la botella se adapta una varilla de cobre encorvada en forma de gancho y terminada en un botón, cuya varilla comunica por dentro con la armadura interior del frasco. Para evitar toda comunicación eléctrica entre las armaduras, se barniza con goma laca el cuello de aquel: como sin esta precaución el vidrio se cubriría de una capa más ó menos ligera de vapor de agua y no aislaría completamente las dos armaduras, podría suceder que resultasen descargas entre ellas y que saltasen chispas siguiendo la superficie exterior del vidrio.

Para cargar la botella de Leyden, se la suspende por su vastago del conductor de una máquina eléctrica, cuidando de establecer con una cadenilla de metal la comunicación entre el suelo y su armadura exterior. También se la puede coger simplemente por su armadura exterior, acercando al conductor de la máquina el botón del vastago.

Cargada ya la botella, si se unen las dos armaduras exterior é interior por medio de un conductor cualquiera, resultará una descarga acompañada de chispa y de explosión. Teniendo por ejemplo el aparato en una mano y acercando la otra al botón, se efectuará la descarga por el intermedio de los brazos y del cuerpo, y se sentirá la conmoción que tanto asustó á los primeros experimentadores. Si muchas personas se cogen de la mano formando cadena, y la primera toma la botella presentando el vastago á la última, tan luego como se establezca el contacto, todas ellas sentirán á la vez en sus miembros la misma conmoción. Nollet hizo esta prueba en presencia de Luis XV; trescientos guardias franceses formaron la cadena, y recibieron simultáneamente la sacudida producida por la descarga instantánea de la botella de Leyden.

Antes de seguir adelante y de describir muchos experimentos curiosos que se pueden hacer con este aparato, procuraremos dar la explicacion teórica del doble fenómeno de la carga y descarga de la botella.

Observemos ante todo que el aparato se compone esencialmente de dos cuerpos conductores, las dos guarniciones metálicas interior y exterior, y de un cuerpo aislador que las separa, la botella de vidrio. Cuando se suspende el gancho del conductor electrizado de una máquina, la electricidad de este se distribuye por toda la superficie de la armadura interior, que se encuentra así cargada de electricidad positiva, por ejemplo. Esta electricidad descompone por influencia la neutra de la armadura exterior, atrae á la superficie del vidrio la electricidad negativa y repele al suelo la positiva, por intermedio del cuerpo del experimentador ó de la cadena metálica.

De este modo se encuentran en presencia dos cargas de electricidades contrarias que no pueden combinarse á causa de la interposición de la placa aisladora de vidrio. Si se facilita la reunión de ambas electricidades mediante un conductor cualquiera, se efectuará su combinación con explosión y chispa.

Hasta aquí no parece necesario recurrir á otra explicación: aparte de que la precedente es la que da cuenta de los fenómenos de electricidad por influencia; pero vamos á ver que en realidad es insuficiente.

Ante todo, el tamaño de la chispa y la violencia de las conmociones son ya indicios de una tensión eléctrica de energía desusada: la acumulación de las dos electricidades en tan gran cantidad no parece ya en relación con las escasas dimensiones de los conductores que componen el aparato. Véase ahora otro hecho que conviene explicar: Cuando se ha descargado una botella de Leyden y se la deja á un lado algún tiempo, se la vuelve á encontrar cargada sin haberla puesto de nuevo en comunicación con algún manantial de electricidad. Se puede sacar otra chispa, aunque menos fuerte que la primera, luego otra y otra, y así sucesivamente. Esto es lo que se llama descargas secundarias y chispas de residuos ó cargas residuas. Es pues evidente que en la botella de Leyden se puede acumular mayor cantidad de fluido que en simples conductores aislados, por cuya razón se la da el nombre de condensador, nombre que se aplica también á todos los aparatos análogos. ¿De qué procede este poder de acumulacion, y qué nuevos fenómenos intervienen para producirla? Procuraremos hacerlo comprender, resumiendo la teoría de la condensación eléctrica, que AEpinus fue el primero en formular, en cuanto tiene de más esencial para la inteligencia de los anteriores fenómenos.

El condensador ideado por AEpinus está representado en la figura 90. Consiste en dos platillos circulares metálicos aislados, A, B, puestos frente á frente sobre dos columnas de vidrio, y separados por un disco de vidrio también. Dichos platillos pueden correrse por una ranura y acercarse cuanto se quiera hasta dejar entre uno y otro el espesor del disco aislador. Las varillas metálicas que los sostienen llevan unos electroscopios de cuadrante.

Supongamos que los platillos están algo separados, y pongamos á A en comunicación con la máquina eléctrica. Este platillo se carga de electricidad positiva cuya tensión acaba por ser igual á la de la máquina, y su péndulo diverge; además está casi uniformemente distribuida en las dos caras del platillo A. Interrumpamos ahora la comunicación de A con la máquina eléctrica, y aproximemos uno á otro los platillos A y B; este último se cargará por inducción de electricidad negativa en la cara que mira al disco de vidrio, y de electricidad positiva en la otra; su péndulo divergerá también; pero la atracción de la electricidad negativa de B para con la positiva de A hará que esta se acumule en la cara anterior del platillo, y el péndulo de A descenderá á cero.

Si en este momento se pone á B en comunicación con el suelo, el fluido positivo se escapa por él, sobreviene una nueva descomposición, la electricidad negativa se acumula en la cara anterior de este platillo, en mayor cantidad que antes, y, por reacción, la tensión en el platillo A adquiere más energía en la cara anterior, en detrimento de la posterior, que vuelve al estado natural. Así pues, cuando se restablezca la comunicación de A con la máquina eléctrica, pasará á este platillo una nueva cantidad de electricidad positiva, y la condensación seguirá aumentando.

La misma serie de operaciones, repetida varias veces, producirá una condensación máximum en uno y otro platillo. La acción de ambas cargas de electricidades contrarias en un punto exterior es nula, por la sencilla razón de que hay compensación entre las dos acciones opuestas. Así es que á veces se da el nombre de electricidad disimulada á cualquiera de las dos electricidades de que todo condensador está cargado. Pero lo que mejor prueba que aquí no se trata de un estado eléctrico particular es que la acción de las dos caras interiores de los platillos del condensador no es nula respecto á un punto situado entre ellos, de lo cual es fácil cerciorarse tocando con un plano de prueba una de dichas caras, pues se reconoce que aquel punto está cargado como el mismo platillo.

Vése pues que el condensador AEpinus y la botella de Leyden difieren únicamente en la forma, y que los fenómenos cuya sucesión se observa en el uno, ocurren del mismo modo en la otra.

Y ahora ¿cuál es el cometido del disco de vidrio? La teoría y la experiencia demuestran que una placa de cualquier otra sustancia aisladora, por ejemplo una capa de aire, interpuesta entre los conductores, daria orígen á los mismos fenómenos; mas como el aire ofrece menor resistencia que el vidrio á las tensiones opuestas de electricidades contrarias, acumuladas en las caras que miran á los conductores, estas electricidades no tardarían en combinarse; brotaría una chispa y el aparato resultaría descargado espontáneamente. De aquí la necesidad de interponer un cuerpo que presente mayor resistencia, como el vidrio ó la resina.

Aún hay más: según resulta de los numerosos experimentos de Faraday y de Matteucci, las dos cargas, positiva y negativa, no se acumulan solamente en las superficies que están en contacto con el vidrio y con las armaduras de los condensadores, sino que penetran en el primero hasta cierta profundidad. Hácese patente este caso con una botella de Leyden de armaduras movibles, compuestas de tres partes, como se ve en la figura 92.

Después de cargar la botella completa, se la pone sobre un cuerpo aislador, se quita la armadura interior con un gancho de vidrio, luego la vasija de esta sustancia, y se reconoce que las armaduras contienen muy poca electricidad, al paso que dicha vasija está fuertemente electrizada. Por lo demás, si después de descargar las dos armaduras se las coloca en su sitio, la botella produce una chispa tan viva como si no hubiese habido descargas parciales.

La penetración de la electricidad á cierta profundidad en el cuerpo aislador de los condensadores explica perfectamente, como se ve, las descargas secundarias de la botella de Leyden, demostrando además que las armaduras metálicas tienen también por objeto el poner en fácil comunicacion los diferentes puntos del vidrio, por lo cual se comprende que, gracias á su conductibilidad, se produzca instantáneamente la descarga con toda su energía (2).

(1) Von Kleist, obispo de Pomerania, habia hecho el año anterior una observación parecida. Habiendo pasado una varilla de hierro al través del tapón de una botella que contenia mercurio, la cogió con la mano y acercó la varilla al conductor de una máquina eléctrica; por casualidad tocó con la otra mano el conductor mientras la varilla estaba en contacto con él, y entonces sintió en el brazo una violenta sacudida.

(2) «La fuerza condensante de una botella es tanto mayor cuanto más delgado el vidrio; pero no se puede exagerar esta cualidad, porque de lo contrario la descarga eléctrica que sobreviene de una armadura á otra atraviesa en breve las botellas traspasando el vidrio. Por consiguiente, el espesor, de este debe ser bastante grande para que, si la botella está demasiado cargada, la descarga espontánea se produzca más bien de la varilla superior á la armadura exterior corriéndose á lo largo del vidrio.

»Importa mucho que el espesor del vidrio sea casi uniforme y que no tenga burbuja alguna, pues de otra suerte ocurren descargas en los puntos en que la resistencia es más débil; y la botella queda atravesada. La naturaleza del vidrio tiene también bastante influencia; los hay que son un poco conductores, de modo que la electricidad penetra en ellos á cierta profundidad, y á la primera descarga desaparece gran parte de ella; entónces se obtienen cargas resíduas muy numerosas.» (Mascart, Tratado de Electricidad estática.)

"El mundo físico", Amadeo Gillemin, Montaner y Simón editores, Barcelona 1883

FabLabhouse, ¿Una casa para el futuro?

Con miras a participar en el Solar Decatlhon, encuentro mundial patrocinado por el Departamento de Energía de Estados Unidos sobre viviendas sostenibles, el jueves 21 de enero se dió inicio oficialmente a la fabricación de la Solar House – España, también conocida como FabLabhouse. La ceremonia se realizó en las instalaciones del IaaC, donde se llevará a cabo la fabricación del prototipo por los miembros del equipo de Fab Lab BCN, que luego será transladado a Madrid para participar en la competición en junio de este año. En la ceremonia estuvieron presentes los representantes de diversas instituciones públicas de España, empresas que apoyan el proyecto, así como Neil Gershenfeld, Director of The Center for Bits and Atoms – MIT, y Director del Fab Academy.

“La casa será construida en madera porque es un material solar”, según Vicente Gaullart, Director del proyecto, quien además mencionó que “en estos tiempos de crisis en donde más se pone a prueba lo realmente esencial e importante es en la arquitectura, de modo que las características que tiene esta casa solar responden al desafío de hacer más -energía-, con menos -recursos-”.

El Instituto de Arquitectura Avanzada de Catalunya (IaaC) construye esta vivienda autosuficiente con láminas de madera, utilizando técnicas de fabricación mediante control numérico de las máquinas de corte.

Este ambicioso proyecto participará el mes de junio en Madrid en el concurso Solar Decathlon, que contará con la participación de una veintena de universidades internacionales.

A la casa se la conoce como FabLabhouse por su carácter experimental y se presentó en la sede del IaaC, ubicada en el distrito tecnológico de Barcelona, el 22@.

Una de las particularidades de esta construcción es que se espera sea capaz de producir más energía de la que necesita para funcionar.

En esta aventura de innovación industrial participan conocidas empresas del sector, como Endesa, Schneider Electric, Santa & Colé, Roca, Siemens y Visoren, entre otras.

El IaaC es una fundación privada sin ánimo de lucro constituida en Barcelona en el año 2003. El máster de Arquitectura que impulsa la entidad cuenta con 60 alumnos procedentes de 24 países diferentes. Los Hábitats Autosufientes son uno de sus objetivos preferentes.

Clasificación de las nubes

De las caprichosas y múltiples formas bajo las cuales se presentan las nubes, se han formado numerosos grupos, cuyos tipos elementales se denominan, cirrus, cumulus, stratus, y nim-bus; vienen después las combinaciones de cirro-cúmulus, cirro-stratus, etc.

Los cirrus, ó colas de gato entre los marinos (fig. 564), son nubes muy elevadas de aspecto semejante á copos desleídos ó filamentos de algodón cardado. Se encuentran algunas veces á una altura de 10 y 12.000mt.

Dase el nombre de cúmulus, el de balas de algodón ó de nubes de verano, (fig. 565), á las que se ofrecen á manera de montañas formadas por grandes pellones de nieve. Sus bordes son más ó menos deslumbradores y sólo hacia los centros toman un tinte ceniciento.

Los stratus (fig. 566), consisten en bandas estrechas, y muy largas, en sentido horizontal, que se dejan ver especialmente á la caída del sol con colores rojos y anaranjados.

Por último, los nimbus ó nubes de lluvia (fig. 567), ocupan una extensión siempre grande, en ocasiones todo el horizonte. Su aspecto es fácil de recordar, pues es muy sombrío y agrisado, y su altura no considerable. Acompañan á la lluvia y á las tempestades.

"Tratado elemental de FÍSICA experimental y aplicada (Octava edición)", Dr. D. Bartolomé Feliú y Pérez, Tipografía de Comas Hermanos, Zaragoza 1896