LOS CAÑONES ESTÁN DE VUELTA

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.

¿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.

 



CHOCANTE ALTERNATIVA PARA POTABILIZAR AGUA MARINA

Una interesante noticia de este mes que ya concluye ha sido la proveniente desde el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE UU), donde se ha reportado el descubrimiento de un novedoso sistema desalinizador de agua marina, mediante el empleo de Ondas de Choque eléctricas y cuyo principio de funcionamiento es explicado por el esquema siguiente (elaborado por los propios creadores del sistema en cuestión):

 

El flujo de agua circula a través de un campo eléctrico formado por dos "membranas" a base de pequeñas partículas de vidrio y electrodos intercalados entre sí, de modo que al aumentarse la diferencia de potencial entre las "membranas", se produciría una Onda de Choque disociadora que separa el flujo en dos corrientes: "agua desalinizada" (fresh) y salmuera (brine).

Se ha implementado una pequeña instalación donde se han efectuado las pruebas preliminares, siendo estas bastante exitosas y prometedoras, dado que este sistema difiere completamente de los hasta ahora conocidos métodos de "osmosis" (cuya eficiencia varía con el tiempo) y de calentamiento (que implicaban alto consumo de energía) tanto a nivel de costos como de simplicidad técnica. El campo eléctrico también incorpora la ventaja de esterilizar el agua de microorganismos y puede, por ende, ser empleado para el tratamiento de aguas contaminadas, aunque esto aún se encuentre en fase experimental.

Compartimos aquí el video (aunque en inglés) que da mayores alcances y detalles acerca de este trabajo.

 

LA ENERGÍA DE LAS "BUENAS VIBRAS"

El título del presente artículo puede sonar un poco fuera de tono respecto al contenido del resto del blog, pero me pareció el más adecuado (en sentido de amenidad) para presentar el tema de este mes: ENERGÍA PROVENIENTE DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS Y SU APROVECHAMIENTO.

Me refiero en particular al  fenómeno conocido como "piezoelectricidad", que consiste en la propiedad de algunos materiales (como es el caso de los cristales de cuarzo) de "producir electricidad" al deformarse. Wikipedia nos suministra aquí una interesante esquematización:

Este fenómeno, como el de inducción electromagnética, es reversible, osea que es posible obtener la deformación del material a partir de un campo eléctrico o bien obtener electricidad a partir de la deformación del mismo, y tampoco es muy algo novedoso que digamos pues se viene estudiando desde fines del siglo XIX, pero en tiempos más recientes ha visto aplicaciones en los llamados TRANSDUCTORES PIEZOLEÉCTRICOS que se utilizan para medir fuerzas y aceleraciones.

Otra aplicación interesante, pero mucho más reciente, es la de reducir las vibraciones en los materiales, como es el caso de las cerámicas piezoeléctricas.

Pero lo que nos interesa es la aplicación del fenómeno inverso, es decir la producción de electricidad a partir, por ejemplo, del tránsito de personas, de vehículos, de las vibraciones de maquinaria y estructuras en general. ¿No sería deseable convertir algo que resulta perjudicial en algo realmente útil?.

Desde mediados de la década pasada ya se vienen dando ensayos exitosos en países como Japón, Alemania, Reino Unido, etc. donde se están empleando estos llamados "materiales piezoeléctricos" en lugares de alto desplazamiento humano (desde estaciones de trenes hasta pistas de baile) para producir electricidad, aunque aún en pequeña escala y deficiente calidad.

También existen ya generadores generadores eléctricos que tendrán la doble tarea de absorver vibraciones (contribuyendo al ahorro en mantenimiento de líneas) y a la vez de producir la energía que necesite un sistema de señalización luminosa, por citar un ejemplo.

Generación de electricidad a partir de la vibración de rieles de ferrocarril

 

 

Y todo esto es apenas el principio. En términos energéticos podremos también darle la razón a lo que dice la Biblia : "La piedra que desecharon los arquitectos es hoy la piedra angular".

 







Hasta la próxima. Muchas gracias por su atención.



LUBRICACIÓN INDUSTRIAL (CONCLUSIÓN)

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACIÓN AUTOMÁTICA:
Como ya se indicó anteriormente, la lubricación es uno de los elementos más importantes del mantenimiento preventivo de las máquinas, independientemente del tipo de industria, medio o equipo de transporte, etc.; una correcta lubricación permitirá entonces minorar de forma considerable los coste de mantenimiento y la plena utilización de sus activos de producción. Si esta se realiza a la manera "tradicional" y aún "intuitiva", pues son altas las posibilidades de estar produciendo un efecto contraproducente.  Analizaremos en este artículo la conveniencia de los llamados equipos o sistemas de "lubricación automática".

 

El engrase manual tradicional requiere mucha mano de obra, una planificación detallada y una elevada diligencia operativa, y en ocasiones conlleva riesgos en su ejecución por la dificultad de acceso de muchos de los puntos de engrase, lo que da como resultado que un promedio de aproximadamente 50% de los fallos de rodamientos se deben a desgaste prematuro causado por falta de lubricación o contaminación, Incluso una lubricación excesiva puede ser tan perjudicial como una lubricación insuficiente en equipamientos tales como motores eléctricos.

 

Sistema multipunto de lubricación



 

En este sentido, los sistemas de lubricación automática y centralizada representan una serie de ventajas y ahorros frente a los sistemas tradicionales de engrase (manual).

VENTAJAS.
•Engrase sistemático de TODOS los puntos (equipos multipunto).
• El engrase se produce DURANTE el movimiento de la máquina.
• Aseguramiento de la aportación de lubricante por la inyección de PEQUEÑAS cantidades en varios CICLOS.
• Cantidad EXACTA de lubricante en cada punto en relación al funcionamiento de la máquina por distribuidores modulares.
• Eliminación del FACTOR DE ERROR HUMANO. AHORROS.
•Eliminación de la mano de obra.
• Reducción del desgaste (aumento de la vida útil por el factor 4) .
• Reducción de fricción.
• Reducción del tiempo de parada de maquinarias (costes de oportunidad).
• Reducción de costos de mantenimiento y reparaciones.
• Reducción del consumo de lubricante (80 - 90%)
• Intervalos de mantenimiento más amplios.

A ello habría que sumarle el factor económico que implica AHORRO en el largo plazo, pues las reducciones arriba especificadas traen consigo el retorno de la inversión inicial y puede proseguir el ahorro durante toda o gran parte de la vida útil de las máquinas o equipos. Este es un importante aspecto a considerar cuando se discute la conveniencia o no de reemplazar un sistema de lubricación tradicional.

LUBRICACIÓN INDUSTRIAL (DÉCIMA PARTE)

EQUIPAMIENTO PARA LUBRICACIÓN:

 

Una vez conocidos los diferentes tipos de lubricantes existentes, es también importante conocer el equipamiento para la lubricación que cubre un universo de dispositivos que iremos conociendo en estos dos últimos artículos referentes al tema general tratado durante los últimos meses. A estos dispositivos podremos clasificarlos así:

 



LUBRICACIÓN INDUSTRIAL (NOVENA PARTE)

LUBRICACIÓN DE RODAMIENTOS

Otros importantes elementos de maquinaria, como son los rodamientos y sus cojinetes deben de operar de manera confiable, ellos tendrán que ser lubricados adecuadamente para evitar el contacto directo metal - metal entre los cuerpos que conforman el rodamiento (cuerpos, pistas y jaulas).

La elección de un lubricante adecuado y el método de lubricación para cada tipo de rodamiento son de suma importancia, como también un correcto mantenimiento.

Una amplia gama de grasas y aceites, se encuentra disponible para la lubricación de los rodamientos, también existen lubricantes sólidos para condiciones extremas de temperatura.  Aunque es posible establecer una proporción aproximada de cómo están estos distribuidos según aplicaciones: 

La elección de un lubricante depende principalmente de las condiciones de funcionamiento, es decir, el rango de temperaturas y velocidades, así como la influencia del medio ambiente circundante. Las temperaturas de funcionamiento más favorables se obtienen cuando se aplica la cantidad mínima de lubricante, para una lubricación fiable del cojinete.

 

Hay dos expresiones consideradas básicas que ayudan en la selección del lubricante:

Sin embargo, cuando el lubricante tiene funciones adicionales, como la disipación de calor se pueden requerir cantidades adicionales de lubricante. El poder lubricante en los rodamientos poco a poco pierde sus propiedades lubricantes como resultado de un trabajo mecánico, el envejecimiento y la acumulación de contaminación. Por lo tanto, es necesario que la grasa se recargue o se renueve, y que el aceite se cambie en intervalos regulares.

 

Cada fabricante recomienda para sus cojinetes de rodamiento una velocidad máxima para la lubricación con grasa dependiendo de su tipo de tamaño, así como de la velocidad de rotación. Estos límites deben ser respetados y en ningún caso debe utilizarse grasa para un cojinete de rodamiento operando por encima de estas velocidades.

 

Debe tenerse también presente el hecho de que usualmente estas velocidades están referidas a cojinetes instalados con el anillo (o aro) exterior fijo y con el aro interior girando. Si se tratara el caso inverso, es decir, anillo interior fijo y el anillo exterior girando, la velocidad máxima permisible para lubricación deberá reducirse en un 50%. Si los cojinetes están montados en forma vertical, será necesario una reducción de un 25% en la velocidad máxima permitida.

LUBRICACIÓN INDUSTRIAL (OCTAVA PARTE)

GRASAS PARA ENGRANAJES (¿Cuándo y cómo emplearlas?)

A diferencia de los aceites, para las grasas, su aplicación en engranajes no es muy amplia debido a que tienen muy poca capacidad refrigerante y porque las partículas contaminantes tienden a ser atrapadas y son difíciles de eliminar.

Se utilizan algunas veces en la lubricación de engranajes que operan a bajas velocidades y bajas cargas, son comúnmente utilizadas en engranajes abiertos y cajas de engranajes que tienden a dejar escapar aceite; también se utilizan en engranajes que operan intermitentemente, porque las grasas tienen la ventaja de mantener una película de lubricante en los dientes del engranaje, aunque estos no estén girando, lo que permite proporcionar lubricación inmediatamente son arrancados.

Las grasas semifluidas sintéticas son particularmente adecuadas para lubricar unidades de engranajes "de por vida". Las grasas para engranajes son blandas, para minimizar la fricción, hacerla algo más fluida y para limitar la tendencia de los engranajes a cortar un canal en la grasa y dejar el diente del engranaje seco.

Caso específico de engranajes de corona y sinfín:

En algunas ocasiones, donde hay un cierto desgaste del conjunto y donde además hay pérdidas de lubricante, se puede colocar una grasa 00 con muy buena eficiencia. Se debe recordar que la lubricación de la grasa está dada por el aceite base con que está formulada. La recomendación que hay dar, es verificar previamente la temperatura de trabajo del sinfín-corona ya que la grasa no disipa el calor tanto como el aceite.