El Motor Eléctrico

Historia de la Evolución del Uso De Energía Desde el Fuego

HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO Y  EVOLUCIÓN DEL USO DE LA ENERGÍA
DESDE EL FUEGO A LA ENERGÍA ATÓMICA

LAS ENERGIA PRIMARIAS: Una fuente de energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada, y ellas son: el petróleo, gas natural, el carbón, la madera o leña, caída de agua, la del sol o solar, la eólica, mareomotriz y nuclear.

Observa el siguiente cuadro, donde se indica la clasificación de las fuentes de energía:

cuadro clasificacion de las fuentes  de energía

PRIMEROS USOS DEL FUEGO: Una fuente de energía —el combustible al arder—- tiene un lugar muy especial en la historia del hombre. Efectivamente, muchos antiguos pueblos consideraron que el fuego era sagrado, y algunos, como los griegos, tenían leyendas que contaban cómo los hombres habían arrancado a los dioses el secreto del fuego. Según la leyenda griega, Prometeo robó fuego de la forja del dios Hefestos (Vulcano) y lo escondió en un tallo hueco de heno.

uso del fuego por el hombre

Si nos detenemos a pensar por un momento acerca de las otras fuentes de energía que usaron los hombres primitivos, podremos comprender por qué se consideró el fuego de este modo. Los hombres de la Edad de Piedra podían advertir la energía muscular de los animales en acción cada vez que iban de caza; no podían menos de observar la energía del viento, que lo mismo meneaba las hojas de los árboles que desgajaba sus ramas, y ellos deben haberse dado cuenta muchas veces de la energía del agua en movimiento al arremolinar pesados troncos corriente abajo. Pero la energía dejada en libertad cuando el fuego arde es mucho más difícil de notar.

Los primeros hombres que vieron en un bosque un incendio causado por el rayo, probablemente pensaron en el fuego sólo como un elemento destructor y deben haber pasado muchas generaciones hasta que el hombre se diera cuenta de que el fuego podía usarse para realizar trabajo útil. Además, la energía del viento y la del agua estaban allí a disposición del hombre para que las usara. Pero antes de que él pudiera usar el fuego tuvo que aprender a producirlo.

Durante miles de años la única manera de hacer fuego era golpeando dos piedras o pedernales para producir una chispa. Ése es el método que aún emplean ciertas tribus primitivas de Australia y de Sudamérica, y es muy parecido al que usaba la gente cuando se valía de cajas de yesca, hasta que se inventaron los fósforos, hace poco más de un siglo.   Efectivamente, aún utilizamos pedernales para encender cigarrillos o picos de gas. Con el tiempo la gente aprendió a producir fuego haciendo girar dos palitos juntos encima de algún combustible seco, en polvo, hasta hacer saltar una chispa.

Una vez que el hombre tuvo el fuego, pronto descubrió que le podía prestar dos servicios para los que era insustituible. Sobre todo, le suministró calor y luz, y aún hoy el fuego es nuestra mayor fuente de calor y de iluminación. Aun teniendo casas donde todo está electrificado, casi seguramente la electricidad que nos proporciona luz y calor proviene de generadores movidos por el vapor que produce la combustión del carbón. También el fuego podía realizar cosas que el viento, la energía muscular y el agua no eran capaces de hacer.

Podía producir cambios físicos y químicos en muchas clases de substancias. Aunque el hombre primitivo no se diese cuenta, el fuego en el cual él cocía su pan contribuía a transformar varias substancias químicas en la masa del almidón y a producir el anhídrido carbónico que hacía fermentar el pan.

El fuego con que cocía sus vasijas cambiaba las propiedades físicas de la arcilla y la hacía dura y frágil, en vez de blanda y moldeable. Aún hoy usamos el fuego para cambiar las propiedades físicas de las materias primas: al extraer el metal de sus minerales, en la fabricación del vidrio y del ladrillo y en otras muchas. También lo usamos para provocar cambios químicos: en la cocina, en la destilería, en el horneado y en infinito número de procesos industriales.

También hemos aprendido a hacer uso del poder devastador del fuego. Empleamos su tremendo calor destructivo, concentrado en un rayo del grosor de un lápiz, para perforar duros metales. Usamos la fuerza de poderosos explosivos, encendidos por una pequeña chispa, para despejar montañas de escombros, que de otro modo llevaría semanas de trabajo el acarj-ear, y frecuentemente utilizamos el fuego para destruir residuos que deben ser eliminados si queremos mantener sanos nuestros pueblos y ciudades.

HISTORIA DEL CALOR COMO ENERGÍA: El hombre dejó, al fin, de considerar el fuego como objeto sagrado, mas durante cientos de años siguió mirándolo como a cosa muy misteriosa.

La mayoría creía que el fuego quitaba algo de toda materia que quemaba. Veían que las llamas reducían sólidos troncos a un puñado de blandas cenizas y unas volutas de humo. Llenaban una lámpara de aceite, la encendían y descubrían que el aceite también se consumía.

Encendían una larga vela y en pocas horas apenas quedaba un cabo.

Solamente hace 200 años un gran francés, Lavoisier, demostró que el fuego, en realidad, agrega algo a aquello que quema. Hay un experimento muy simple para demostrar que esto es así. Tomamos una balanza sensible y colocamos una vela en un platillo, con un tubo de vidrio repleto de lana de vidrio, puesto justamente encima de aquélla para recoger el humo. En el otro platillo colocamos suficiente peso para equilibrar exactamente la vela, el tubo y la lana de vidrio. Si ahora prendemos la vela y la dejamos arder, descubrimos que el platillo de la balanza sobre la cual se apoya desciende gradualmente. Esto significa que lo que queda de vela y los gases que ha producido durante su combustión pesan más que la vela íntegra.

Lavoisier pudo ir más allá y demostrar qué es lo que se añade a las substancias cuando arden. Descubrió que es oxígeno del aire. Efectivamente, si colocamos un recipiente boca abajo sobre una vela prendida, la llama se apaga tan pronto como el oxígeno del recipiente ha sido consumido. Del mismo modo, el carbón no puede arder en una estufa, ni el petróleo dentro de un cilindro del motor de un auto, sin una provisión de oxígeno del aire.

calor como energia

Al calentar agua, el vapor puede generar trabajo, es decir movimiento

Pero muchas substancias se combinan muy lentamente con el oxígeno y sin producir ninguna llama. Una es el hierro. Si se expone el hierro al aire húmedo, aunque sólo sea por un día o dos, una fina capa de óxido se forma sobre su superficie, y es que el hierro se ha combinado con el oxígeno. En algunas partes del mundo, también los compuestos de hierro se combinan con el oxígeno, bajo el suelo, produciendo depósitos de color castaño rojizo.

Cuando las substancias se combinan con el oxígeno no siempre producen fuego, pero casi siempre originan calor. Y es el calor producido de este modo el que da a los hombres y animales toda su energía física, toda su fuerza muscular. En nuestros pulmones el oxígeno del aire pasa al torrente sanguíneo y es llevado por la sangre a las células de todas las partes del cuerpo, donde se combina con las partículas alimenticias para originar calor y energía. También produce anhídrido carbónico que expelemos al aire.

El peso del alimento que tomamos en un día no es muy grande ciertamente, y, por lo tanto, la cantidad de calor que producimos en un día tampoco lo es. Y no todo este calor lo convertimos en energía para el trabajo, porque parte de él lo consumimos en el propio cuerpo, para mantener nuestra temperatura y en otros procesos fisiológicos.

Cuando pensamos cuánto trabajo puede realizar un hombre en un día, pronto nos damos cuenta de que una pequeña cantidad de calor puede transformarse en una gran cantidad de trabajo. Así podríamos elevar un peso de 1 tonelada a 30 metros de altura, si transformáramos en trabajo todo el calor necesario para poner en ebullición 1 litro de agua. A grandes alturas, los aviadores no pueden obtener suficiente oxígeno del aire que los rodea, para que sus cuerpos produzcan el calor y la energía que necesitan.

Entonces se colocan una máscara de oxígeno y el ritmo de producción de calor y energía se acelera inmediatamente. De manera similar, en la soldadura, que requiere intenso calor, a menudo se mezcla oxígeno puro con el combustible, en lugar de utilizar el aire común.

LA ENERGIA EÓLICA:  Energía eólica, energía producida por el viento. La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navegación a vela . En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco.

La utilización de la energía eólica no es una tecnología nueva, se basa en el redescubrimiento de una larga tradición de sistemas eólicos empíricos. No es posible establecer con toda claridad el desarrollo histórico de los «sistemas de conversión de energía eólica», sólo es posible identificar los importantes papeles que desempeña la energía eólica en el pasado.

La utilización de la energía del viento resulta muy antigua. La historia se remonta al año 3 500 a.C, cuando los sumerios armaron las primeras embarcaciones de vela, los egipcios construyeron barcos hace al menos cinco mil años para navegar por ei Nilo y más tarde por el Mediterráneo.

Después, los griegos construyeron máquinas que funcionaban con el viento. Así, desde la antigüedad éste ha sido el motor de las embarcaciones. Algunos historiadores sugieren que hace más de 3,000 años la fuerza del viento se empleaba en Egipto cerca de Alejandría para la molienda de granos. Sin embargo, la información más fehaciente de la utilización de la energía eólica en la molienda apunta a Persia en la frontera Afgana en el año 640 D.C.

balsa a vela energia eolica

Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad.

molino de viento

Uno de los grandes inventos a finale de la Edad Media, el molino de viento, muy usado en el campo argentino para extraer agua de la napa freática y darle de beber  a los animales.

parque eolico

Actualidad: Parque Eólico: Los generadores de turbina de los parques eólicos aprovechan la fuerza del viento para producir electricidad. Estos generadores dañan menos el medio ambiente que otras fuentes, aunque no siempre son prácticos, porque requieren al menos 21 km/h de velocidad media del viento.

ENERGÍA GAS NATURAL: Como gas natural se define la mezcla de hidrocarburos livianos en estado gaseoso, donde la mayor proporción corresponde al metano (CH4) en un valor que oscila entre el 80 al 95 %.

El porcentaje restante está constituido por etano (C2H6), propano, butano y superiores, pudiendo contener asimismo en proporciones mínimas, vapor de agua, anhídrido carbónico, nitrógeno, hidrógeno sulfurado, etc.
El gas natural proviene de yacimientos subterráneos que pueden ser de gas propiamente dicho o de petróleo y gas, según que en su origen se encuentre o no asociado al petróleo.

El gas natural procede generalmente de las perforaciones que se realizan en los yacimientos petrolíferos, de la descomposición de la materia orgánica con el tiempo.

En dichos yacimientos, el petróleo más liviano que el agua, suele flotar sobre lagos subterráneos de agua salada. En la parte superior se encuentra el gas, que ejerce enormes presiones, con lo cual hace fluir el petróleo hacia la superficie.

Ampliar: Gas Natural

LA ENERGÍA ELÉCTRICA: El fuego fue muy importante para el hombre primitivo, porque le capacitó para hacer cosas que con la energía del viento, del agua o del músculo no podía realizar. La humanidad no logró descubrir otra forma de energía capaz de realizar cosas completamente nuevas hasta hace 200 años, cuando comenzó a dominar la electricidad, la fuerza poderosa escondida en el rayo.

energia electrica

Hoy, con la radio, podemos oír a una persona que habla desde comarcas remotas; con la televisión podemos ver sucesos que ocurren a muchas millas de distancia; con cerebros electrónicos o computadoras podemos encontrar en pocos segundos las respuestas a complicadísimos problemas matemáticos. El viento, los músculos, el agua y el fuego no nos podrían ayudar a hacer ninguna de estas cosas; sólo la electricidad.

Varios siglos antes de Cristo, los griegos sabían que el ámbar, al cual llamaban elektron, atraía el polvo y trocitos de plumas después de frotarlo con lana seca, piel o paño. En tiempos de Shakespeare, muchos hombres de ciencia europeos sé interesaron en ésta extraña fuerza de atracción, y un inglés, Guillermo Gilbert, la llamó electricidad.

Alrededor de un siglo más tarde, otro investigador, llamado Guericke, descubrió que la electricidad originada rotando una bola de azufre contra la palma de su mano hacía saltar una chispita con un ruido marcado de chisporroteo. En realidad él había producido un relámpago y un trueno en miniatura.

La electricidad que parece estar contenida, en reposo, en una substancia y es súbitamente liberada, por contacto con otra substancia, se llama electricidad estática. Antes de que los hombres pudieran hacer uso de la electricidad, necesitaban que ésta fluyera de un modo constante y que se lograse controlar, es decir, obtener lo que hoy llamamos una corriente eléctrica.

El primer paso para descubrirla se dio por casualidad.   Más o menos a mediados del siglo xvin, un anatomista italiano, Luis Galvani, dejó las patas de unas ranas recién muertas en contacto con dos alambres, uno de bronce y otro de hierro. Notó que las patas de las ranas comenzaban a estremecerse y pensó que cierta energía animal quedaba en ellas todavía. Pero otro científico italiano, Volta, demostró que el estremecimiento se debía a que estos dos diferentes metales tomaban parte en la producción de electricidad.

volta cientifico creador de la pila

Volta, inventor de la pila eléctrica

Pronto Volta hizo la primera batería, apilando planchas de cobre y de cinc alternadamente una sobre la otra, y separadas sólo por paños empapados en una mezcla débil de ácido y agua. Dos alambres, uno conectado a la plancha de cobre de un extremo y el otro a la plancha de cinc del otro extremo, daban paso a una continua corriente de electricidad.

Las baterías generan electricidad por medio de cambios químicos y aun las más poderosas no producen corrientes lo bastante grandes para muchas necesidades actuales. Los modernos generadores en gran escala producen electricidad por medio de imanes que rotan rápidamente.

Oersted, un danés, y Ampére, un francés, hicieron la mayor parte del trabajo que llevó a descubrir las relaciones entre la electricidad y el magnetismo; pero fue un inglés, Miguel Faraday, quien primero usó un imán en movimiento para producir una corriente eléctrica. Esto ocurrió hace más de un siglo.

Pronto nuevos inventos dé un físico belga, llamado Gramme, y un hombre de ciencia nacido en Alemania, sir Guillermo Siemens, abrieron la nueva era de la energía eléctrica en abundancia. Tomás Edison, un inventor norteamericano, fabricó las primeras bombillas eléctricas y así dio difusión a los beneficios de la electricidad en la vida diaria.

Medimos la fuerza de un generador —la fuerza que pone a una corriente en movimiento— en unidades llamadas voltios, en honor de Volta. Medimos la intensidad de la corriente en amperios, en honor de Ampére. Los voltios, multiplicados por los amperios, nos indican cuánto trabajo puede realizar una corriente, y medimos éste en vatios, en honor de Jacobo Watt, famoso por su invento de la máquina de vapor.

Ampliar Sobre el Descubrimiento de la Electricidad

LA ENERGÍA ATÓMICA: Miles de años transcurrieron desde que se dominó el fuego hasta que se empezó a utilizar la electricidad. Sin embargo, solamente se necesitaron tres generaciones para que surgiese el uso de la energía atómica. Los más grandes hombres de ciencia tardaron más de un siglo en descubrir los secretos del átomo, y no podemos pretender abarcar esa historia completa en una página. Pero podemos dar una rápida ojeada y ver cómo algunos de ellos se lanzaron a esa labor.

Ya en la antigua Grecia había ciertos filósofos que creían que toda la materia está constituida por partículas tan pequeñas que no se pueden dividir. Dieron a estas partículas el nombre de átomos, de dos palabras griegas que significan «no susceptible de ser dividido». Pero hasta hace poco más de 150 años había pocas pruebas, o ninguna, que apoyasen esta creencia.

Antes de 1800 los químicos conocían pocas substancias simples y puras, de la clase que ahora se llaman elementos, y no sabían mucho acerca de cómo combinar los elementos para formar compuestos. Pero en ese año, dos químicos ingleses, Carlisle y Nicholson, usaron una corriente eléctrica para descomponer el agua en dos elementos: hidrógeno y oxígeno. Con la electricidad pronto consiguieron los químicos una cantidad de otros elementos y pronto aprendieron que los elementos se combinan invariablemente en proporciones fijas según el peso.

centrales atomicas

Esto hizo que un químico inglés, Dalton, reviviera la teoría de los átomos. Él creía que cada elemento diferente está constituido por átomos distintos, y que cada uno de éstos tiene un peso especial. Pero poco después de que la gente comenzara a creer en la existencia de los átomos, o partículas indivisibles de materia, los hechos demostraron que los átomos pueden en realidad dividirse en partículas aún más pequeñas.

Primero Róntgen, un científico alemán, advirtió que ciertas substancias químicas pueden obscurecer una placa fotográfica aun cuando esté bien protegida. Había descubierto los rayos X, rayos hechos de partículas que no son átomos enteros. Más tarde, Madame Curie analizó un mineral llamado pechblenda, que emite rayos similares, y descubrió el elemento altamente radiactivo llamado radio. Las sales de radio emiten rayos sin desintegrarse aparentemente.

Marie Curie

Varios científicos, incluyendo a Rutherford y Soddy, estudiaron estos rayos y lograron descomponerlos en tres partes: rayos alfa, que poseen carga eléctrica positiva; rayos beta, o rayos de electrones, que conducen una carga negativa, y rayos gamma, o rayos X.

Más tarde, Rutherford bombardeó una lámina de oro con partículas alfa. Casi todas ellas atravesaron el oro, pero algunas rebotaron.

Esto le hizo suponer que los átomos de la lámina de oro no estaban contiguos, sino muy espaciados, como las estrellas en el cielo. También advirtió que hay gran espacio vacío dentro de cada átomo.

Madame Curie en el Laboratorio

Un danés llamado Niels Bohr encontró que en el centro de cada átomo hay partículas cargadas positivamente (protones) y partículas no cargadas (neutrones), apretadas para formar el centro o núcleo. A distancia del núcleo hay partículas mucho más pequeñas todavía, llamadas electrones, que poseen una carga de electricidad negativa. Estos electrones giran alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol.

Otón Hahn, un físico alemán, fue uno de los primeros en descubrir cómo liberar energía de los átomos por reacción en cadena, en la cual los neutrones de un átomo chocan con el núcleo de otro átomo y lo destruyen, liberando así más neutrones, que golpean a su vez los núcleos de otros átomos. Otro alemán, Max Planck, ya había descubierto cómo calcular la cantidad de energía liberada cuando se fisiona un átomo.

Planck y Borh

Los Físicos Planck y Ruthenford

Actualmente obtenemos energía no sólo dividiendo átomos pesados (fisión nuclear), sino también combinando átomos livianos (fusión nuclear).

CUADRO EVOLUCIÓN DEL CONSUMO A LO LARGO DE LA HISTORIA:

cuadro consumo de energia en la historia

Se observa que el consumo de energía va vinculado directamente con el desarrollo de las sociedades, y se pueden diferenciar dos fases: 1) preindustrial donde la energía utilizada era la propia muscular, mas la generada por el carbón, desechos orgánicos. hidraúlica y eólica y 2) la actual a partir de la energía del vapor de agua, la electricidad y el petróleo.

Ampliar: La Energía Atómica

Ampliar: Energía Mareomotriz

Ampliar: Energía Geotérmica

Fuente Consultada:
La Técnica en el Mundo Tomo I CODEX – Globerama – Editorial Cuántica

Motor Wankel Principio de Funcionamiento Ciclos o Fases

 Principio de Funcionamiento del Motor Wankel

En todos los motores de combustión interna se produce la energía por la expansión de los gases de combustión, obtenidos en la quema rápida del combustible en aire comprimido. En una turbina de gas, el proceso es continuo. Un flujo constante de aire, comprimido previamente, entra en la cámara de combustión y, simultáneamente, un chorro de combustible penetra en dicha cámara, quemándose en el aire y produciendo un chorro continuo de gases calientes y altamente comprimidos.

Felix Wankel
El hombre que da nombre a este motor, Félix Wankel, nació en Alemania, en 1902. En su juventud, dedicó mucho tiempo a la experimentación, y trabajó en la resolución de muchos problemas matemáticos. Después de la guerra, restableció su taller, y diseñó una pequeña válvula rotatoria para la fábrica N.S.U. La calidad de los cierres de esta válvula, a pesar de estar sometida a todo el calor de los gases de combustión, le hizo pensar en la posibilidad de construir un motor rotatorio, y lo desarrolló en cooperación con la N.S.U.

Éstos se dirigen a las aletas del rotor de una turbina fijada en el eje motriz, que de esta forma gira sin cesar, y los gases ya usados son expulsados a la atmósfera de una forma continua.

En un motor de cilindros, la producción de energía es discontinua, y se deriva de una serie de procesos: aspiración, compresión, encendido y expansión de los gases que son expulsados. Todo ello se verifica en dos vueltas del eje. Por tanto, el eje motriz de un motor de cuatro tiempos, de un solo cilindro, recibe energía solamente durante media vuelta cada dos vueltas, concretamente, durante la fase de expansión.

Durante vuelta y media se toma energía de él, para llevar a cabo los restantes procesos descritos anteriormente. Esto se manifiesta en vibraciones en la rotación del eje motriz, que pueden subsanarse, parcialmente, con un volante pesado, o mayor número de cilindros.

Todos los procesos anteriormente descritos de aspiración, compresión, expansión y expulsión se originan por el movimiento de vaivén, en una línea recta, de un pistón en el interior del cilindro. El movimiento de rotación del eje motriz se consigue acoplándolo al pistón por medio de una biela.

Cuando el pistón se halla en el extremo superior de su recorrido, es decir, pegado a la cabeza del cilindro, queda estacionario. También está así cuando se encuentra en el extremo inferior de su recorrido; o sea, en la parte más alejada de la cabeza del pistón.

Cuando empieza a moverse, se acelera hasta que alcanza su máxima velocidad, en un punto a la mitad de su recorrido. Entonces comienza a disminuir su velocidad hasta que se para en el extremo de su recorrido, repitiendo luego este proceso a la inversa. Todo esto ocurre durante dos movimientos del pistón, uno en cada dirección, por cada revolución del eje motriz.

En un motor con un recorrido de 10 cm., cuando el eje gira a una velocidad de 4.500 r.p.m., el pistón recorre una distancia total de 4.500 x 10 cm. x 2 = 900 m.; una velocidad media de 900 m/min. La velocidad máxima del pistón no es, sin embargo, 1.800 m/min. (900 x 2), como podía esperarse, sino 1.413,6 m/min. Es la velocidad a la que gira el eje.

Esta discrepancia se debe al hecho de que la aceleración es máxima cuando el pistón comienza a moverse a partir del reposo. Esta aceleración decrece a medida que la velocidad real del pistón se incrementa hasta alcanzar el valor máximo (cuando el pistón está a medio camino, a lo largo del cilindro y la biela, está formando un ángulo de 90° con la línea del cilindro); entonces cesa la aceleración y comienza la desaceleración.

La energía que se utiliza para mover el pistón (y partes de unión) miles de veces por minuto, y la necesaria para vencer el rozamiento de los segmentos o aros con las paredes del cilindro, causan una gran pérdida de energía.

ciclos del motor wankel
En un motor clásico de cuatro tiempos hay una serie de piezas móviles, la mayor parte de ellas con movimiento de vaivén. El motor Wankel trabaja según el principio del motor de cuatro tiempos, pero en él no hay piezas con movimiento de vaivén.

De lo dicho anteriormente, se desprende que un motor como el descrito no es el medio más eficaz para convertir en fuerza motriz el calor latente del combustible. De hecho, el rendimiento calorífico de un motor de petróleo, aun funcionando en las mejores condiciones, no es mayor del 25 %. Además, existe el inconveniente de molestias y pérdidas de energía que produce la vibración inherente a todo movimiento de vaivén.

Se han realizado intentos, a lo largo de estos años, para diseñar un motor que produzca energía motriz por un movimiento puro de rotación. La turbina de gas es un buen ejemplo; pero, a pesar de que a plena carga su rendimiento puede llegar a ser del 38 %, cuando no trabaja a plena carga su consumo de combustible sigue siendo elevado; esto es inconveniente cuando se destina a motores que, la mayoría de las veces, funcionan a velocidades muy inferiores a la máxima.

ciclos del motor wankel

En cada vértice del rotor se produce continuamente un cierre, que permite que los gases contenidos en los espacios entre el rotor y la cámara se nueven  con el rotor, desde la entrada hasta la expulsión. Cuando cada vértice del rotor deja abierta la válvula de entrada, penetra la mezcla de combustión y aire (amarillo) ; luego se comprime (naranja); se quema y se expande impulsando el rotor  y los gases son expulsados por el tubo de escape (marrón).

El motor diseñado por el ingeniero alemán Félix Wankel combina los cuatro procesos del motor clásico de cuatro tiempos en un movimiento rotativo, dentro de una cámara diseñada en forma epitrocoide. Tiene la utilidad de eliminar las partes del vaivén de un motor de émbolo, manteniendo la ventaja de permitir una velocidad de rotación baja.

El peso y el tamaño se reducen considerablemente y la vibración es virtualmente eliminada. Se asegura que la producción de energía de un Wankel es de dos a dos veces y media superior a la de uno de pistón de la misma cilindrada.

La parte fundamental de un motor Wankel es una cámara de formato especial, en la que hay un rotor de forma triangular, con los lados curvos. Los tres vértices están en contacto continuo con las paredes de la cámara, formando tres compartimientos estancos,limitados, por una parte, por el rotor y, por otra, por las paredes de la cámara. Cuando el rotor gira dentro de la cámara, giran con él, por tanto, los tres compartimientos, y la distancia entre cada cara del rotor y la pared de la cámara aumenta o disminuye, variando el volumen de cada compartimiento.

Para asegurar el funcionamiento suave y seguro del rotor, éste va provisto de un piñón con 30 dientes, que engranan excéntricamente con los 20 dientes de otro piñón que es concéntrico (es decir, tiene el mismo centro) con el eje motriz. En otras palabras, el rotor gira con el engranaje como lo hace un «huía hoop» alrededor de la cintura.
A. causa del engranaje excéntrico, y puesto que los dos piñones tienen distinto número de dientes, mientras el eje motriz da una vuelta completa, el rotor sólo ha realizado un tercio de su recorrido en el interior de la cámara, es decir, el eje gira a una velocidad tres veces mayor que la del rotor.

Se puede comprender mejor este movimiento si se imagina una manivela, o palanca, en el lugar de la excéntrica, siendo la longitud de la palanca la distancia entre los centros del rotor y del eje. Cuando el rotor se mueve, el espacio comprendido entre cada cara de éste y la pared de la cámara se agranda, o se hace más pequeño, dos veces por cada revolución completa del rotor.

Corte de un Motor Wankel

La primera expansión es la fase de «inducción», cuando la mezcla de aire y combustible entra del carburador. La primera contracción de volumen de la cámara comprime la mezcla. La segunda expansión es la base de producción de energía, cuando la mezcla se quema y, por expansión, mueve el rotor. La segunda contracción expulsa los gases. Estas cuatro fases completan un ciclo, y de nuevo hay un espacio, frente a cada cara del rotor; por lo tanto, hay tres de estos ciclos por cada vuelta completa del rotor, es decir, una por cada vuelta del eje.

Comoquiera que la combustión se realiza, sucesivamente, en una cara distinta del rotor, el incremento del calor es razonablemente bajo, con pequeña o nula dilatación del rotor. El interior del rotor está refrigerado con aceite, y el calor se disipa también a través de los contactos que los vértices del rotor realizan sobre las paredes de la cámara, que están refrigeradas por agua.

El eje lleva una rueda dentada para uniformar la rotación entre las fases productoras de energía, y unos pesos en los extremos, para equilibrar el ligero balanceo del rotor. El encendido y el carburador son similares a los del motor clásico de cuatro tiempos.

Fuente Consultada:
Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología TECNIRAMA Fasc. N°84 (CODEX)

La Primer Cosechadora Mecánica de McCormick Historia

La Primer Cosechadora Mecánica de McCormick

Historia de la Primera Cosechadora automática: La historia de los inventos está jalonada de obstáculos y éxitos. La marcha hacia el oeste creó un obstáculo: la falta de brazos en la época de la siembra. Los agricultores no se atrevían a sembrar muchas hectáreas de trigo, por cuanto era necesario proceder a la siega en un lapso breve. Los molinos de harina permanecían inactivos porque no había suficiente trigo sembrado.

El éxito tuvo lugar en 1840 con el advenimiento de la segadora de Cyrus McCormick. Los agricultores se animaron a sembrar más hectáreas, pues se las podía segar en poco tiempo con una máquina. De la escasez de trigo se pasó a la abundancia.

La segadora mecánica de McCormick cortaba el trigo con cuchillas movibles colocadas en barras derechas. El movimiento rotativo de la pesada rueda maestra hacía girar las cuchillas mientras los caballo:; avanzaban. Un alambre metálico giratorio colocaba el grano contra la cuchilla y ponía los tallos cortados sobre la plataforma situada detrás de ésta. Hayos en forma de dedos, que se extendían desde la plataforma, evitaban que el grano escapara por los costados al cortarlo.

Más tarde, McCormick perfeccionó dispositivos que enderezaban el cereal para hacer más fácil la siega , formar haces de los tallos cortados.

Dado que cada agricultor podía comprar una segadora con un pago al contado reducido, la venta fue mayor que la fabricación. La producción total de trigo se triplicó con creces.

La historia había cobrado nuevo ritmo. Se carpieron las selvas americanas y se sembró trigo en muchos campos. Un grupo de colonos llevó consigo un molinero que quizo instalar su molino automático Evans a orillas de un río. Estas primeras colonias siempre se desarrollaron alrededor de molinos y se esparcieron las ciudades molineras por toda la campiña.

Cuando las segadoras McCormick comenzaron a segar el grano, los ferrocarriles penetraron en las nuevas zonas agrícolas, a fin de transportar los sobrantes de harina a los puertos del este y de allí a las naciones de Europa.

Los Estados Unidos nunca perdieron esta ventaja en cuanto a su agricultura. Hoy en día, máquinas de autopropulsión siegan automáticamente el grano que se trilla en seguida, desechando los desperdicios inservibles, y luego se llenan bolsas de granos de maíz. El Hombre Mecánico convierte en jardines los desiertos y en canastos de pan las selvas.

Cyrus Hall McCormick inventó la cosechadora mecánica: Cyrus McCormick, el «padre de la agricultura moderna», hizo una de las contribuciones más significativas a la prosperidad de los Estados Unidos, cuando inventó la segadora tirada por caballos en 1831.

1831 Cyrus Hall McCormick hizo una demostración de su cosechadora mecánica en la Taverna Steele, Virginia. La cosechadora podía cortar 10 acres por día el equivalente al trabajo de cinco hombres. Posteriormente, el acrecentó un recurso de auto-recolección que permitía que un hombre cortase 40 acres en un día. El patentó la cosechadora en 1834.

1842 Jerome Increase Case funda Racine Threshing Machine Works en Racine, Wisconsin.

1848 Cyrus Hall McCormick funda McCormick

1842 Jerome Increase Case funda Racine Threshing Machine Works en Racine, Wisconsin.

1848 Cyrus Hall McCormick funda McCormick Harvesting Machine Company en Chicago, Illinois.

1851 La cosechadora mecánica de McCormick gana la Medalha de Oro en la Exposición Real del Palacio de Cristal en Londres, Inglaterra. McCormick ingresa en el mercado europeo.

Fuente Consultada:
Grandes Inventos de la Humanidad Beril Becker

Biografia de Michael Faraday Descubridor de la Induccion Magentica

Biografia de Michael Faraday Cientifico Descubridor de la Induccion Magentica

BIOGRAFIA DE MICHAEL FARADAY: Después de las grandes realizaciones de Volta y Ampére, quedaba abierto un fecundo camino a los estudios sobre los fenómenos eléctricos.

El mérito de haber preparado la nueva teoría en esta rama tan importante de la Física, corresponde en gran parte a Miguel Faraday, cuya vida es, además, un ejemplo estimulante de la que puede el amor a la Ciencia.

Gracias a las conclusiones elaboradas por tan ilustre físico, se hizo posible la utilización técnica de la electricidad en muchas de las esferas de la vida industrial moderna.

Físico y químico británico, Michael Faraday es conocido, sobre todo. Por las aportaciones en el campo de la electroquímica. Fue el descubridor de la inducción y del efecto que lleva su nombre sobre el giro del plano de polarización de la luz por efecto de un campo magnético

Faraday

El origen de Faraday no pudo ser más humilde. Nacido en Newington, cerca de Londres, el 22 de septiembre de 1791, su niñez transcurrió al lado de la forja de su padre, maestro herrero.

Después de haber recibido una educación muy elemental, a los trece años fue colocado como aprendiz en un taller de encuader-nación de libros.

(Descargar Un Libro Sobre Su Vida)

Faraday nació en la localidad de Newington Butts, situada cerca de Londres en 1791. Perteneció a una familia humilde, aprendió a leer y a escribir una escuela de catequesis y, debido a las dificultades económicas, desde los 14 años trabajó como aprendiz en un taller de encuadernación.

En sus ratos libres aprovechaba y leía los libros que le llevaban a encuadernar, interesándose especialmente por los dedicados a la física y la química.

Después de unos años, gracias a la oportunidad que le dio un cliente, pudo asistir a las conferencias sobre temas de química que Humphry Davy daba en Royal lnstitution.

Faraday le hizo llegar, encuadernadas, todas las notas que había tomado a lo largo de estas sesiones, acompañadas de una petición de empleo.

Satisfecho con el material que Faraday le había enviado, Davy lo contrató en 1812, como asistente.

Comenzó su actividad realizando labores de mantenimiento, para pasar posteriormente a colaborar con el maestro en la preparación de las prácticas de laboratorio; de esta manera, se convirtió en uno más de sus discípulos.

FARADAY AUTODIDACTO: La lectura de muchos de los libros sobre los cuales debía trabajar, sin embargo, le creó una inagotable sed de conocimiento científico. Un día fue a escuchar las conferencias del gran Humphrey Davy y posteriormente entró a su servicio, primero como criado, luego como secretario.

El interés de Faraday por la física y por la química aumentó, y al llegar a los 31 años ya se encontraba leyendo sus propios trabajos ante la Institución Real de Londres (donde trabajaba Davy). Allí fue designado director del laboratorio en 1825 y luego, en 1833, profesor de química de la Institución, puesto que conservó hasta su muerte.

Los talentos de Faraday cubrieron muchos campos. Fue el primero en licuar el cloro, el bióxido de carbono y otros gases.

Investigó la inducción electromagnética y desarrolló el concepto de líneas de fuerza alrededor de un imán. Pero, lo más importante, desde varios puntos de vista, fue el enunciado  de  sus  leyes  de   la   electrólisis.

En 1813 Faraday acompañó como ayudante a Davy en un ciclo de conferencias que éste impartía por el extranjero; a su regreso continuó desempeñando sus tareas de asistente, al tiempo que comenzó a investigar de manera autónoma, centrándose inicialmente en el estudio de la química.

Dentro de las principales aportaciones en este ámbito se encuentra la obtención de los primeros compuestos conocidos de carbono y cloro: el hexacloroetano (C2C16) y tetracloroetano (C2C4), que llevó a cabo a principios de los años veinte.

Asimismo descubrió el benceno en el gas de alumbrado, y consiguió licuar el cloro y o gases, como el amoniaco y los anhídridos carbónico y sulfuroso.

A partir de 1821 Faraday se consagró al estudio de la electricidad y del magnetismo, campos donde iba a conseguir sus más grandes logros.

Las investigaciones realizadas por Faraday le llevaron a proponer una t ría unificada, según la cual todas las fuerzas de la naturaleza —luz, electricidad magnetismo— se reducen a una sola.

Con el tiempo, sus descubrimientos llegarían a tener consecuencias muy importantes, pues facilitaron el desarrollo de la técnica actual de producción y distribución de energía eléctrica, revolucionaron la electroquímica y abrieron paso a la teoría electromagnética J. C. Maxwell.

Nombrado profesor de la Royal lnstitution en 1827, entre 1829 y 1930 compaginó el cargo con el de profesor en la academia militar de Woolwich Miembro de la Royal Society de Londres y de las Academias de Ciencias de París, a pesar de todos sus éxitos y de su reconocimiento público, Faraday se negó a recibir ciertos honores —rechazó, por ejemplo, el título de Sir que le ofreció la reina Victoria.

En 1903 se fundó en su honor la Faraday Society.

Equipo Químico de Faraday

Equipo Químico de Faraday

►Leyes de Faraday sobre la Electrólisis

Fueron enunciadas por él en 1834, a partir de una serie de estudios experimentales sobre el fenómeno de la descomposición de sustancias químicas por la acción de una corriente eléctrica, fenómeno al cual denominó electrólisis.

Las dos leyes fundamentales de la electroquímica formuladas por Faraday fueron las siguientes:

— La cantidad de sustancia depositada al paso de una corriente eléctrica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la disolución.

— Para una cantidad de electricidad determinada, la cantidad de sustancia depositada es proporcional a su equivalente-gramo.

Las leyes de Faraday han permitido calcular la carga elemental de electricidad, es decir la carga del electrón, mediante la utilización del número de Avogadro (N = 6,06 x 10). Este número representa los iones positivos o negativos que se han formado en cada átomo-gramo de una sustancia ionizada.

Faraday introdujo también los términos de ánodo y cátodo, para designar respectivamente los electrodos positivo y negativo.

►El descubrimiento de la corriente electromagnética- Corriente inducida

Gracias a los trabajos de Ampére y Oersted, Faraday conocía que una corriente eléctrica generaba campos magnéticos.

Faraday Michael

En 1831 intentó reproducir este proceso, pero en sentido inverso, es decir, produciendo una corriente eléctrica a de efectos electromagnéticos.

La existencia de las corrientes inducidas fue descubierta por Faraday a partir de la realización de distintos experimentos.

En primer lugar, consiguió hacer una corriente eléctrica por un alambre unido a un galvanómetro, al producir un movimiento, relativo entre el alambre y un imán. Observó que, al interrumpir el movimiento, el paso de la corriente también cesaba, y en el galvanómetro rió registraba corriente alguna.

La corriente es generada por una fuerza electromotriz inducida, es decir por el imán.

Posteriormente, utilizando los resultados de sus anteriores estudios, Faraday descubrió el principio del motor eléctrico, al hacer girar un imán situado sobre pivote alrededor de una bobina de alambre de cobre; como en el caso anterior a través de este procedimiento se generaba una corriente eléctrica.

La inducción electromagnética se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.

►El descubrimiento de la primera dinamo

Fue llevado a cabo a partir de dos imanes de barra que generaban un campo magnético, y entre los cuales hizo girar un disco de cobre colocado sobre un eje. De esta manera obtuvo un flujo continuo de corriente eléctrica inducida.

Este experimento le condujo a introducir el concepto de líneas de fuerza eléctricas y magnéticas, y un concepto nuevo del espacio como medio capaz de mantener dichas fuerzas.

Ideó la denominada jaula de Faraday, recinto de paredes conductoras continuas o en malla, conectadas a tierra, que aíslan el interior de los efectos de los campos eléctricos exteriores, y viceversa.

Este dispositivo se utiliza para proteger espacios que contienen materias inflamables, conducciones de alta tensión y circuitos electrónicos entre los que puedan producirse acoplamientos indebidos.

► Corriente alterna

Faraday logró crear una corriente eléctrica inducida mediante la fabricación de un transformador compuesto por un núcleo de hierro con forma de anillo, en el cual estaban enrolladas dos bobinas de alambre separadas entre sí.

La corriente alterna que circula por una bobina produce en el anillo de hierro un flujo alterno que genera en la otra bobina una corriente eléctrica inducida.

►El efecto Faraday

Faraday llevó a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviación del plano de polarización de la luz como resultado de un campo magnético, al atravesar un material transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interacción entre el magnetismo y la luz.

►La Electrólisis

La electrólisis es la descomposición que sufren algunos compuestos químicos cuando a través de ellos pasa corriente eléctrica. Tal vez el experimento de laboratorio más sencillo para ilustrar el efecto sea la electrólisis del agua (un compuesto de hidrógeno y oxígeno).

Haciendo pasar una corriente continua a través de agua acidulada (agua a la que se le han agregado algunas gotas de ácido, para que conduzca la corriente eléctrica) en los electrodos (los contactos eléctricos) se forman burbujas de oxígeno e hidrógeno.

La electrólisis posee hoy muchas aplicaciones prácticas, como ser, toda la galvanoplastia, la extracción y purificación de algunos metales, como el aluminio, el cobre el níquel, etc.

Las leyes que enunció Faraday fueron las siguientes:

1), el peso de una sustancia depositada es proporcional a la intensidad de la corriente (o sea, al número de electrones por segundo) y al tiempo que esta circula;

2) , el peso de una sustancia depositada durante la electrólisis es proporcional al peso equivalente de la sustancia. La primera parte no es difícil de comprender. Una corriente de mucha intensidad que circule a través del electrólito durante mucho tiempo depositará más sustancia que una corriente débil que actúe durante un tiempo corto.

La segunda parte dice que cuando la misma corriente circula durante el mismo tiempo, las cantidades de sustancia depositadas dependerán de su peso equivalente.

El peso equivalente de una sustancia es el número de unidades de peso de una sustancia que se combinarán con una unidad de peso de hidrógeno.

En una molécula de agua, dos moléculas de hidrógeno, cada una de las cuales pesa una unidad, se combinan con un átomo de oxígeno, que pesa dieciséis unidades.

De modo que si dos unidades de hidrógeno se combinan con dieciséis unidades de oxígeno, una unidad de hidrógeno se combinará con ocho unidades de oxígeno.

El peso equivalente del oxígeno es, entonces, ocho, de manera que durante la electrólisis del agua se libera, en peso, ocho veces más oxígeno que hidrógeno.

Cuanto mayor sea el peso equivalente de un elemento, tanto mayor será el peso de él, que se depositará durante la electrólisis.

ALGO MAS….EL ÁTOMO Y LA ELECTROQUÍMICA

En 1813, Michael Faraday, que contaba entonces 22 años y era aprendiz de encuadernación, obtuvo un empleo ce ayudante del laboratorio que dirigía H. Davy en la Royal Institution.

Al cabo de unos pocos años, Faraday impuso su talento científico, al llevar a cabo una serie de investigaciones que iban a constituir la base, de la electroquímica y del electromagnetismo.

Faraday estudió intensivamente la electrólisis de sales, ácidos y bases. Fue él quien propuso la nomenclatura utilizada hoy universalmente: electrodo, electrólisis, electrólito, ión, catión, etc.

Faraday estudió cuantitativamente la relación entre la cantidad de sustancias depositada en los electrodos y la magnitud de la corriente que se hacía pasar. Dejemos que él nos lo explique en sus propios términos: «Los equivalentes electroquímicos coinciden y son, en definitiva, lo mismo que los equivalentes químicos ya conocidos.

Estoy convencido de que no me engaña a mí mismo cuando concedo a la electroquímica tanta importancia. Más que ningún otro hecho anterior, nos sugiere muy directamente la bonita idea de que la afinidad química es una simple consecuencia de atracciones de tipo eléctrico entre las diversas partes de la materia

En caso de duda, los equivalentes electroquímicos podrán ser utilizados para deducir el verdadero equivalente químico, o magnitud proporcional, es decir, el peso atómico de un cuerpo.

No dudo de que, si asignamos al hidrógeno un peso atómico de 1, y despreciamos fracciones más pequeñas para simplificar, el peso atómico del oxígeno es 8, el del-cloro 37, el del estaño 59, etc.

No olvidemos que cuando Faraday expuso estas ideas, los trabajos de Avogadro no eran aún considerados tanto como merecían, y se suponía que una sustancia se descomponía simplemente en dos iones, uno positivo y otro negativo.

Dado que, mediante la electrólisis, se obtenían 8 gramos de oxígeno por cada uno de hidrógeno, Faraday concluyó que la fórmula del agua era HO y que el peso atómico del oxígeno era 8.

Aparte de este error que Avogrado resolvió posteriormente, las experiencias de Faraday fueron sumamente valiosas, puesto que contribuyeron a esclarecer definitivamente el concepto de peso atómico y, junto con ello, a sugerir una cuantización de la electricidad, que se cristalizó luego en el establecimiento del electrón como unidad eléctrica fundamental.

OTRAS OBRAS  DE  FARADAY

A él se debe la introducción de muchos términos técnicos relacionados con la electrólisis. Electrólito es el líquido a través del cual pasa la corriente. Ánodo y cátodo son los nombres de los electrodos positivo y negativo respectivamente. Estos términos fueron inventados para Faraday por su amigo Guillermo Whewell.

Otros fueron, además, los trabajos realizados y llevados a buen término por este notable hombre ele ciencia, inglés. Sus investigaciones sobre corrientes inducidas constituyen el fundamento de las máquinas eléctricas; sus otros descubrimientos en el campo de la electricidad y magnetismo son también de gran importancia.

Dado lo tesonero de sus investigaciones, Faraday descubrió la inducción electromagnética; para ello enroscó un solenoide en un tubo de hierro en forma de U, hizo pasar luego una corriente y en otro solenoide arrollado en la otra rama de la U apareció entonces una corriente inducida. Además creó el primer generador de electricidad (alternada); esto lo consiguió moviendo un conductor entre los polos de un imán.

Otro de sus descubrimientos fue que el electroimán desviaba el plano de vibración de la luz. La importancia de esto radica en que tendía a probar que ésta es de naturaleza electromagnética. Dicha teoría fue después ampliamente demostrada por el genial Maxwell.

Ver: Entrevista a Michael Faraday

Fuente Consultada:
TECNIRAMA Enciclopedia del la Ciencia y la Tecnología (CODEX) Fasc. N°19 – Biografia de Michael Faraday –

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