AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS (PRIMERA PARTE)

El presente artículo ha sido inspirado en la entrevista que hiciera la revista Spectrum (publicación del IEEE) a Thomas Form, jefe de investigación de electrónica automotriz de la empresa alemana Volkswagen. Form se refirió entre otras cosas al futuro de los motores para vehículos. Indicó que para recorrer distancias relativamente pequeñas (y obviamente que se transporten cargas de livianas a moderadas, nos referimos al tráfico en una ciudad por ejemplo) será suficiente el motor eléctrico alimentado por baterías recargables, mientras que para las distancias ( y también las cargas más grandes) en el futuro más cercano aún se dependerá del motor de combustión interna en sistemas simples (motores Otto y Diesel) o híbridos. Nos referiremos al primer grupo.

Ya desde hace mucho tiempo nos han venido acompañando los vehículos eléctricos, aunque de manera restringida; pero sólo en las últimas décadas se le ha puesto mayor interés y popularidad debido al tema medioambiental y básicamente como alternativa a la menor disponibilidad de combustibles fósiles en los años venideros.

Debemos diferenciar ante todo un auténtico sistema de propulsión eléctrica y un sistema dual o “híbrido”. El primero no tiene un dispositivo “primario de arranque” o “alternativo de marcha”.

Sistema de Propulsión Híbrido

Puede observarse que un vehículo eléctrico o con “sistema de propulsión eléctrica” el elemento más importante es el “controlador” que gobierna a un motor de corriente contínua (DC) o corriente alternada (CA).

Sistema de Propulsión Eléctrico DC

 El controlador de corriente continua (DC) gobernado con el pedal del acelerador, suministra al motor un tren de pulsos entre 0 y 96 voltios. El pedal del acelerador se engancha a un par de potenciómetros (resistencias variables), y estos potenciómetros proporcionan la señal que indica al controlador de la cantidad de energía que se debe entregar. El controlador puede entregar potencia cero (cuando el coche está parado), potencia (cuando se pisa el pedal), o cualquier otro nivel de energía en el medio.

Sistema de Propulsión Eléctrico AC

El controlador de corriente alterna (AC) es alimentado por una batería de 300 voltios DC, que a su vez son convertidos en 240 voltios AC (trifásico) que alimentarán al motor. Esto se hace utilizando grandes transistores que rápidamente convierten el voltaje de las baterías de encendido y apagado para crear una onda sinusoidal. El controlador proporciona además un sistema de carga de las baterías, y un convertidor DC-DC para recargar la batería de accesorios de 12 voltios.

He aquí algunas estadísticas interesantes respecto a los autos eléctricos:

• La autonomía de estos vehículos es cerca de 80 km.

• El tiempo para acelerar de 0 a 97 km/h es de unos 15 segundos.

• Se emplea unos 12 kilovatios-hora de electricidad para la recarga después de un viaje de 80 km.

• Las baterías pesan alrededor de 500 kg.

• Las baterías duran de tres a cuatro años.

Iremos conociendo detalles más cercanos del funcionamiento de estos vehículos en los artículos subsiguientes; mientras tanto estamos abiertos a las sugerencias e inquietudes de los lectores en nuestra página de facebook porque planeo relanzar y perfeccionar este pequeño espacio. Un cordial saludo para todos.

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DEL TRÁFICO AUTOMOVILÍSTICO (SEGUNDA PARTE)

Someramente hemos venido exponiendo la alternativa novedosa que presentan las rampas electro cinéticas para la generación de energía. Aquí puede verse un esquema de cómo una de esas rampas ha sido instalada en las afueras de un supermercado en el Reino Unido y permite proveer de energía a las cajas registradoras de dicho establecimiento comercial. Sin duda una valiosísima idea para ciudades latinoamericanas como Lima, donde esas enormes tiendas vienen cobrando auge de un tiempo a esta parte.

No obstante es ingénuo pensar que la generación de electricidad por este medio ha de resultar una opción "100% ecológica" porque en su gran mayoría el parque automotor, al menos en nuestro país, depende aún de combustibles fósiles.

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DEL TRÁFICO AUTOMOVILÍSTICO

Retomamos este mes los temas energéticos. La generación de energía eléctrica a partir del desplazamiento de vehículos en las pistas es relativamente novedosa, pues hace casi ya 3 años que el colega británico Peter Hughes (ingeniero de la empresa Highway Energy Systems Ltd.) hizo público su invento consistente en una plataforma con bandas sonoras y, cada vez que un vehículo pasa sobre ella y ejerce presión, se acciona un mecanismo por el movimiento vertical que activa un generador eléctrico. El dispositivo ha sido bautizado como "plataforma de asfalto electro-cinética" (Electro Kinetic Road Ramp, en inglés).

La compañía dice que en condiciones normales de tráfico, el aparato va a producir 30 kW de electricidad. Algunas aplicaciones propuestas para las rampas de asfalto incluyen alimentación de las luces de la calle y el tráfico (luminarias, semáforos, etc.), las carreteras de calefacción en el invierno para evitar la formación de hielo, túneles de ventilación para reducir la contaminación.

SISTEMAS DE SUSPENSIÓN AUTOMOTRICES

Un tema especializado para este mes: los SISTEMAS DE SUSPENSIÓN AUTOMOTRICES que no sólo tienen como finalidad el brindar comodidad al ser humano sinó también que influyen en la durabilidad de otros elementos estructurales de un vehículo como se irá viendo.

Un sistema de suspensión tiene por finalidad suspender y absorber los movimientos bruscos que se producirían en la carrocería, por efecto de las irregularidades que presenta el camino, proporcionando una marcha suave, estable y segura. Para lograr dicha finalidad estos componentes deben ir entre el bastidor (o carrocería) y los ejes donde van las ruedas.

En función de la disposición de los ejes y puente trasero la suspensión se clasifica en:

a) Suspensión rígida.

Se caracteriza por que ambas ruedas unidas por el eje común y las trepidaciones de una rueda se transmiten a la otra.

b) Suspensión independiente

Se caracteriza por que cada rueda tiene su propio eje y su propio sistema de suspensión, por lo tanto las trepidaciones u oscilaciones de una rueda no se transmiten a la otra.

ANTEPASADOS DE LOS MODERNOS MECANISMOS (QUINTA PARTE)

El presente artículo es un homenaje a un colega musulmán que siguió los pasos de nuestro ya conocido Herón de Alejandría en la edad media: me refiero al ingeniero Al-Jazari,fecundo inventor y perfeccionador de numerosos dispositivos y juguetes mecánicos. Veamos a continuación algunas facetas de su vida y obra, gracias a la información que de él nos hace llegar el profesor Salim T S Al-Hassani, quien es Profesor Emérito de la Universidad de Manchester y Presidente de la Fundación para la Ciencia, Tecnología y Civilización (FSTC) en Manchester, Reino Unido:

Al-Jazari fue el ingeniero mecánico más destacado de su tiempo. Su nombre completo era 'al-Zaman Badi Abu-l-' Izz Ibn Ismail Ibn al-Razzaz al-Jazari. Vivió en Diyar-Bakir (en Turquía) a finales del siglo 12 y principios del siglo 13 DC.

Lavabo en la forma de un pavo real descrito por Al-Jazari en Kitab fi Ma'rifat al-Hiyal al-Handisayya.

Él se llamaba Al-Jazari debido al lugar de su nacimiento, Al-Jazira, la zona comprendida entre el Tigris y el Éufrates en Mesopotamia. Como su padre, antes que él, estuvo al servicio de los reyes Artuqí de Diyar-Bakir durante varias décadas (al menos entre 1174-1200 DC) como ingeniero mecánico. En 1206, completó un excelente libro sobre ingeniería titulado "BAYN Al-Jami al-'ilm wa-l-' amal al-fi Nafi sinat'at al-hiyal en árabe. Era un compendio de mecánica teórica y práctica. George Sarton escribe: "Este tratado es el más elaborado de su clase y puede ser considerado como el punto culminante de esta línea de progreso musulmán" (Introducción a la Historia de la Ciencia, 1927, vol 2, p 510.).

Modelo de un dispositivo de sangría como se ha descrito por Al-Jazari y reconstruida en 1977. Se medía la sangre perdida durante las sesiones de flebotomía (sangría) , una terapia popular en el mundo islámico medieval. Dos escribas se sientan encima del dispositivo y sus acciones describir la cantidad de sangre que se deje.





El libro de Al-Jazari es distintivo en su aspecto práctico, porque el autor era un ingeniero competente y hábil artesano. El libro describe varios dispositivos en el más mínimo detalle, proporcionando por lo tanto, una contribución inestimable en la historia de la ingeniería. El Ingeniero e historiador de la tecnología islámica británico Donald R. Hill (1974), quien tenía un interés especial en los logros de Al-Jazari escribió: "Es imposible hacer hincapié sobre la importancia del trabajo de Al-Jazari en la historia de la ingeniería, que ofrece una gran cantidad de instrucciones para el diseño, fabricación y montaje de máquinas."

Reloj de Al-Jazari de agua alimentado por el "escribano"de arriba . El reloj se encuentra un metro de altura y medio metro de ancho, el escribano con su pluma es sinónimo de la aguja horaria de un reloj moderno.

Al-Jazari describe cincuenta dispositivos mecánicos en seis categorías diferentes, incluyendo relojes de agua, dispositivo de lavado de manos (máquina de ablución ') y las máquinas para elevación de aguas, etc Después de la "World of Islam Festival", celebrado en el Reino Unido en 1976, un homenaje se tributó a Al-Jazari, cuando el Museo de la Ciencia de Londres mostró un modelo de éxito reconstrucción de trabajo de su famoso "Reloj de Agua".

Donald R. Hill, tradujo  al inglés el libro de Al-Jazari en 1974, siete siglos y los años 68 después de haber sido completado por su autor. La enciclopedia de Al-Jazari incluye seis categorías principales de máquinas y dispositivos. Varias de las máquinas, mecanismos y técnicas aparecen por primera vez en este tratado, después de entrar en el vocabulario de la ingeniería mecánica europea. Entre estas innovaciones, podemos mencionar las bombas de doble efecto con tubos de succión, el uso de un cigüeñal en una máquina, la calibración precisa de los orificios, laminación de madera para reducir la deformación, el equilibrio estático de las ruedas, el uso de modelos de papel para establecer un diseño, fundición de metales en las cajas de molde cerrado con arena verde, etc al-Jazari también describe los métodos de construcción y montaje con escrupuloso detalle de las cincuenta máquinas que permitan a los artesanos reconstruirlas en el futuro.

El dibujo original de la bomba de doble acción o de pistón de un manuscrito de Al-Jazari.

Y él tuvo éxito en que, para muchos de sus dispositivos fueron construidos siguiendo sus instrucciones. El trabajo de Al-Jazari es también único en la manera en que otros escritores no suelen dar detalles suficientes, ya que - entre otros factores - que no eran propios artesanos, o mantuvieron sus secretos, o si eran artesanos, que podría haber sido analfabeta . Al-Jazari en este sentido era único, y esto le da su valor inmenso trabajo. Su libro, dice Hill, es una riqueza absoluta de la ingeniería mecánica islámico.

En su ponencia sobre "Ingeniería Mecánica durante el período islámico temprano" (publicado en I Mech. E, el ingeniero mecánico colegiado, 1978, pp 79-83), Ludlow CG y AS Bahrani han planteado lo importante que es más que probable que haya más sobre el tema en algunos de los miles de manuscritos árabes en las bibliotecas del mundo que aún no han sido inspeccionados de cerca, y, obviamente, requiere ser examinada.

Hill, también, constantemente eleva los dos problemas principales con respecto a la historia de la ingeniería en general, y que la tecnología bien en particular. La primera vez que afirma el hecho de que el campo, que es absolutamente enorme, es en gran parte inexplorado.

Vista de El Reloj Elefante: de a hoja de un manuscrito de Kitab Al-Jazari macrifat de fi al-al-hiyal handasiyya fechada en 715 de la Hégira o 1315 de la Era Cristiana.

ANTEPASADOS DE LOS MODERNOS MECANISMOS (CUARTA PARTE)

En el último artículo del año pasado (que vendría a ser el primero de esta secuencia) se citó uno de los libros de Herón: “Belopoeica”, donde se describía el funcionamiento de dispositivos para uso militar (la artillería); también se indicó que los manuscritos originales se habían “extraviado” durante la edad media, no obstante un buen número de máquinas de guerra (llámense catapultas, onagros, mangoneles, escorpiones, balistas, etc.) eran muy conocidos y empleados a esas alturas por diferentes pueblos en oriente y occidente. Brevemente se describirán los dispositivos indicados.

El Cheiroballistra (llamado Manuballista por los romanos), un dispositivo que lanza flechas sobre una gran distancia. Algunos dicen que en realidad fue descrito alrededor del 100 dC (después de Herón). Su inventor, Apolodoro de Damasco, trabajó para el ejército romano. En este motor en particular, los resortes se estiran en dos carcasas metálicas separadas. Un perno de metal se adjuntó la parte superior de cada uno de los bastidores de campo, para mantenerlos juntos. Otro montante estaba unido a la parte inferior de los bastidores de campo y la base del motor, para tener los topes de resorte en su lugar. La Cheiroballistra de Herón representa el más avanzado motor de torsión de dos brazos utilizado por el ejército romano.

El Onagro o Burro Salvaje (significado de la palabra) fue una de las máquinas o armas de sitio utilizadas por el imperio Romano desde tiempos remotos. Se menciona desde el año 200 antes de nuestra era, pero se utilizó masivamente hasta el año 350 d. de C. Esta catapulta desciende de un tipo de catapulta griega, que fue perfecionada por los romanos. El Onagro se utilizaba no solo en zonas de sitio; sino también, en batallas navales, sobre las cubiertas de las Longas (naves de guerra romanas).La fuerza de empuje es proporcionada por la torsión de las cuerdas hechas originalmente de tendones y crin de caballos, no descartando la utilización de cabello de mujer, que daban al Onagro una fuerza explosiva como la patada de un burro salvaje; de ahí su nombre. La versión Medieval de esta Catapulta se le llamó Mangonel. Existieron diversas variantes del onagro, desde pequeñas catapultas que podían ser movidas por 4 hombres hasta enormes monstruos, capaces de lanzar grandes rocas a más de 250 mts. Las variantes en sus formas estuvieron también a la orden del día, y dependían tanto del conocimiento de los artesanos e ingenieros, hasta de los materiales utilizados y de las necesidades y circunstancias del momento. Algunas variantes del Onagro tenían una cuchara en lugar de honda y podían lanzar bolas de fuego contra los enemigos o las fortificaciones. Otras las equipaban con ruedas para poder moverlas y hacerlas más versátiles.

El mangonel es, como se indicó, el desendiente directo del Onagro , la versión Medieval de éste se le llamó Mangonel (según algunas fuentes). Nombre que comparte con otra maquina de asedio parecido al Trabuquete. La fuerza de empuje es proporcionada por la torsión de cuerdas roscadas, (originalmente hechas de tendones y crin de caballo en la época de los romanos). Igual que en el caso del Onagro, existieron diversas variantes y dependían tanto del conocimiento de los artesanos e ingenieros, hasta de los materiales utilizados y de las necesidades y circunstancias del momento.

El trabuquete, la catapulta más avanzada.

Si bien las armas afines a las catapultas evolucionaron mucho en Occidente desde la antigüedad, hasta bien entrada la Edad Media, ello no fue posible sin la influencia de la técnica también conocida en los pueblos de Oriente como China, donde ya se conocía la "catapulta de tracción" llamada Hsuang Feng:

Pero de todas las armas de la antigüedad que más me impresionan, y cuya constitución es hasta la fecha ignorada, es la conocida como el fuego griego que WIKIPEDIA describe como "un arma incendiaria utilizada por el Imperio bizantino creada en el siglo VI, aunque su mayor uso y difusión se daría tras las primeras cruzadas (S.XIII). Los bizantinos la utilizaban con frecuencia en batallas navales ya que era sumamente eficaz al continuar ardiendo incluso después de haber caído al agua...Sus ingredientes son motivo de gran debate. Se han propuesto algunos de los siguientes ingredientes nafta, cal viva, azufre, y nitrato. Lo que distinguió a los bizantinos en el uso de mezclas incendiarias fue la utilización de sifones presurizados para lanzar el líquido al enemigo."

Ataque naval bizantino con el "fuego griego"

ANTEPASADOS DE LOS MODERNOS MECANISMOS (TERCERA PARTE)

LA FUENTE MÁGICA DE HERÓN:

Otro mecanismo hidráulico interesante que permite crear una fuente en un vaso abierto A,utilizando dos recipientes cerrados B y C, mientras fluye el agua de B a C.

Véase el video de funcionamiento:

ÓRGANO IMPULSADO POR MOLINO DE VIENTO:

Los brazos están unidos a un extremo de una barra, que está soportado de manera que gire libremente. A medida que los brazos dan vuelta en el viento, la barra transmite un movimiento giratorio en un disco de engranajes como el vinculado estrechamente ajustados en el extremo opuesto. Las clavijas giratorias hacen contacto con una palanca unida por un pasador a la barra del pistón, haciendo que el pistón sea elevado, ya que cada clavija se acopla al mecanismo de la barra. Cuando la clavija avanza más allá de la palanca, ésta se libera y el pistón desciende en el cilindro. El pistón al caer comprime el aire, forzando hacia fuera en la base del cilindro, a través de un tubo de conexión, y en la caja en la que las columnas de soporte. Como el principal mecanismo se activa, se libera aire en las tuberías, haciendo que se produzca "el sonido de una flauta". Para asegurar un suministro constante de aire, el marco de molino de viento se puede convertir directamente en el viento dominante. El órgano de energía eólica es el único mecanismo conocido documentado tipo de molino de viento en la antigüedad. La energía eólica no vuelve a aparecer en la civilización occidental hasta el siglo XII. .... desde el punto de vista histórico, estos instrumentos incorporan un teclado manual, que como un artefacto que parece ser sin precedentes. Finalmente, el mecanismo de engranajes como del disco vinculado unido al eje de molino de viento está diseñado para transferir potencia desde el eje de rotación para el pistón alternativo, convirtiendo así el movimiento circular a recíproco.

Véase el siguiente enlace (en inglés) para mayores referencias:

http://www.history.rochester.edu/steam/hero/section76.html

Continuaremos el mes siguiente con más mecanismos interesantes.