A comienzos de este año que ya concluye se hizo presentación pública del cañón electromagnético del tipo "riel" que los EEUU incorporarán en su Armada desde este 2016. Este acontecimiento, si bien no es la primera vez en que se emplean dispositivos de esta naturaleza, hace volver a la palestra (aunque de forma transitoria) un arma que prácticamente venía desapareciendo de los escenarios militares: los cañones.
Ya la prensa internacional ha hecho eco de muchas características que posee esta arma, como la de impulsar proyectiles "hasta sextuplicar la velocidad del sonido". Nosotros nos centraremos ahora en los aspectos de funcionamiento básico, detalles constructivos y sobre todo ampliaremos la gama de posibilidades y limitaciones que encierra este dispositivo militar. También presentaremos interesantes modelos experimentales para probar nuestros propios diseños.
En primer lugar, ¿Cómo es que funciona este dispositivo?. Si nos es familiar la llamada "Fuerza de Ampere", nos será muy sencillo entender los esquemas siguientes:
Observe que la fuerza de Ampere es paralela a los raíles, que actúan lejos de la fuente de alimentación. La magnitud de la fuerza se determina por la ecuación F = (i) (L) (B), donde F es la fuerza neta, i es la corriente, L es la longitud de los carriles y B es el campo magnético. La fuerza puede impulsar por el aumento o bien la longitud de los carriles o la cantidad de corriente.
Debido a que los rieles largos plantean desafíos de diseño, la mayoría de los cañones de rieles utilizan fuertes corrientes - del orden de un millón de amperios - para generar una fuerza tremenda. El proyectil, bajo la influencia de la fuerza de Ampere, acelera hasta el final de los carriles opuestos la fuente de alimentación y sale a través de una abertura. El circuito se rompe y cesa el flujo de corriente.
¿QUÉ PROBLEMAS ARRASTRA ESTE TIPO DE CAÑÓN?
En teoría, los cañones de riel son la solución perfecta para las armas de corto y largo alcance. En realidad, presentan varios problemas graves entre los que podemos mencionar:
• Fuente de alimentación: La generación de la energía necesaria para acelerar proyectiles de armas de riel es un verdadero desafío. Se utilizan capacitores o condensadores electrolíticos y estos deben almacenar carga eléctrica hasta un voltaje suficientemente grande. Mientras que los condensadores pueden ser pequeños para algunas aplicaciones, los condensadores se encuentran en armas de rieles son mucho más voluminosos. Quizás por esta razón será difícil miniaturizar este dispositivo para usarlo como arma.
• Calefacción resistiva: Cuando una corriente eléctrica que pasa a través de un conductor, se encuentra con la resistencia en el material conductor - en este caso, los rieles. La corriente excita las moléculas de los rieles, haciendo que se calienten. En el cañón de riel, este efecto se traduce en calor intenso.
• Fusión: La alta velocidad de la armadura y el calor causa daños de calentamiento resistivos en la superficie de los rieles.
• Repulsión: La corriente en cada carril de un cañón de rieles se ejecuta en direcciones opuestas. Esto crea una fuerza de repulsión, proporcional a la corriente, que intenta empujar los rieles separados. Debido a que las corrientes en un cañón son tan grandes, la repulsión entre los dos rieles es significativo. El desgaste de los cañones de es un problema grave. Requerirán mucho descanso después de un par de usos, y a veces sólo podrían usarse una vez.
A menos que ya se esté trabajando con aleaciones idóneas (materiales superconductores por ejemplo para los rieles) estos problemas persistirán.
A menos que ya se esté trabajando con aleaciones idóneas (materiales superconductores por ejemplo para los rieles) estos problemas persistirán.
¿PODEMOS CONSTRUIR NUESTRO PROPIO CAÑÓN DE RIELES?
Efectivamente, y está en nuestras manos el construir un prototipo demostrativo y hasta circuitos electrónicos para perfeccionar los diseños que tengamos en mente.
Para un prototipo experimental no necesitamos más que dos tiras de papel de aluminio (del que usamos para calentar en microondas), adheridos con goma a un trozo de cartón ordinario. Con ello tenemos listos nuestros "rieles".
Requerimos además de una batería, alambre conductor, un alambre o un clavo y trozos redondos de imán permanente que se fijarán en ambos extremos del clavo o alambre. Tenemos así nuestra fuente y nuestro proyectil. Véase las fotos siguientes para el montaje:
Esta es una forma interesante de demostrar el principio de funcionamiento de este famoso cañón, pero con limitada velocidad de proyectil. Si queremos mejorar podemos añadir un banco de condensadores (y trabajar con una pila ordinaria de 1.5 voltios, para comenzar) x 16 voltios, para que estos se carguen más rápido. Podemos añadir también nuestro "gatillo de fuego" o "firing switch" de disparo: Los rieles irán conectados a U2. Con un multitester iremos verificando la carga del banco de condensadores. Una vez alcanzado el voltaje máximo se abrirá el switch de carga (charging):
Un circuito más sofisticado incluirá diodos, capacitores más potentes y corriente alterna de alimentación.
Cualquier persona interesada en ejecutar algún proyecto sobre este cañón puede hacerme llegar sus consultas vía nuestra página de Facebook, via Twitter o comentando este mismo artículo. Muchas gracias a todos por la atención brindada.
Un Feliz año nuevo 2016 para todos los lectores.
