Divulgación de Ciencia e Ingeniería

lunes, junio 20

La OIEA discute en Viena el futuro nuclear. 20/06/2011

Hoy comienza en Viena el congreso extraordinario de la OIEA (Organismo Internacional de Energía Atómica), en el que se puede dirimir el futuro de la energía nuclear a nivel mundial, más si cabe, después del parón nuclear anunciado por Alemania y por los resultados del referéndum celebrado en Italia el pasado 12 de Junio.


A pesar del “amarillismo” con el que se trata la energía nuclear por parte de la mayoría de medios de comunicación, no creemos que la conclusión final de esta reunión sea el desmantelar todas las plantas la energía nuclear del Planeta, como ya algún medio ha dejado caer. Estados Unidos, Reino Unido y, sobre todo, Francia han apostado muy fuerte por este tipo de energía en la última década, por lo que no van a dejar perder las fuertes inversiones hechas en plantas construidas, plantas en construcción o en investigación.


Lo que sí debería ser un objetivo prioritario de este congreso es el aumento, más si cabe, de las medidas de seguridad de las centrales nucleares por desastres naturales o ante amenazas terroristas. Así mismo, sería más que necesaria la creación de un grupo de actuación ante desastres nucleares dependiente del organismo mundial, que permitiese evaluar y coordinar las actuaciones requeridas junto con las autoridades del país afectado. Recordemos que en Fukushima, las actuaciones en la central corrieron por parte del personal especializado de la eléctrica Tepco.


En los próximos días iremos conociendo los destalles de las conclusiones de Viena y veremos cuáles son definitivamente las prioridades de OIEA tras el accidente de Fukushima.
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Foto: Yukiya Amano, director general de la OIEA. | Reuters

lunes, junio 13

¿Por qué no triunfan los vehículos micro-híbridos en EEUU? 13/06/2011

La tecnología micro híbrida, o sistemas start-stop, consiste en un sistema que permite detener el motor del vehículo cuando este se detiene (por ejemplo, debido a las condiciones de tráfico), arrancando nuevamente y de forma automática cuando el conductor desea reemprender la marcha. Estos sistemas típicamente se componen de unas baterías especiales más un pequeño motor eléctrico de 12 voltios.

Resulta paradójico que esta tecnología, que en Europa son ya muchos los fabricantes que la ofrecen en sus vehículos de calles, no está nada generalizada en Estados Unidos. El motivo es que estos sistemas no funcionan aún de una forma óptima en climas de calor extremo, como es el caso de muchas regiones de Estados Unidos. Al detener el motor, el aire acondicionado seguiría funcionando únicamente con el frío residual acumulado en el evaporador y, transcurridos 10-15 segundos, en motor nuevamente tendría que arrancar para seguir manteniendo la temperatura de confort del habitáculo. Este comportamiento hace que, en sí mismo, los sistemas actuales pierdan su razón de ser en lugares con temperaturas muy elevadas, que no son otros que la reducción de emisiones de CO2 y del consumo de combustible.


Según el fabricante Behr, un vehículo en condiciones de tráfico urbano está el 22% del tiempo parado una media de 23 segundos. Estudios revelan que para mantener el nivel de temperatura de confort y que sistema start-stop sea realmente útil en términos de ahorro de combustible, el sistema de aire acondicionado debe ser capaz de seguir extrayendo frío durante unos  40 segundos y, obviamente, todo ello con el motor detenido.
 
Los principales fabricantes de sistemas de aire acondicionado (Berh, Delphi o Denso) están apostando por nuevos sistemas que cuentan con pre-evaporadores y que permiten almacenar el frío durante más tiempo. Estos pre-evaporadores contienen unos materiales especiales, típicamente ceras o sales,  y que son conocidos como TSM (Thermal storage materials). No obstante, no se espera que estos nuevos sistemas puedan ser usados de forma generalista hasta el 2015.
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Más información relacionada: SAE, Delphi

viernes, junio 10

La tribología. 10/06/2011

Detrás de este nombre, a priori tan rocambolesco, se encuentra la ciencia que se dedica al estudio de la fricción, desgate y lubricación entre superficies sólidas que están en contacto y en movimiento relativo entre sí.

La tribología es una ciencia muy importante dentro del mundo de la ingeniería, ya que un buen diseño sobre el desgate de las piezas sometidas a fricción, permitirá alargar la vida útil de las mismas y, en el caso de elementos de transmisión de potencia, reducir significativamente las pérdidas de potencia en la cadena cinemática.  Fricción y desgaste van a estar relacionados a través de la lubricación. Típicamente, la lubricación la asociamos con grasas o aceites lubricantes caracterizados con una determinado grado de viscosidad y calidad. Los aceites lubricantes pueden ser caracterizados del siguiente modo:
  • Clasificación S.A.E. (Society of Automotive Engineers) basada en la viscosidad del aceite a dos temperaturas. Por ejemplo, el típico aceite 10W40 indica que el aceite se comportará en frio de acuerdo a un grado de viscosidad SAE10 y con un grado SAE40 en caliente. Esta codificación nos da el rango de viscosidad de un aceite para las condiciones de uso del mismo. 
  • Clasificación API (American Petroleum Institute) basado en definir el nivel de calidad del aceite. Los rangos de servicio API, definen una calidad mínima que debe de tener el aceite. Estos rangos están compuestos por dos letras. La primera letra indica si el motor es Diesel (sería la letra C  de ‘Compression’ en inglés) o Gasolina (letra S de ‘Spark’ en inglés). La segunda letra indica la FECHA o período desde que se definió esta calidad hasta que apareció un aceite de calidad superior. Por ejemplo un aceite SJ, indicaría que es un aceite para motores de gasolina y período comprendido entre 1997-2000 en el cual este aceite fue definido como el de mayor calidad en aquel momento.
En cuanto a los aceites lubricantes, hay muchos, pero típicamente todos ellos puede ser clasificados en minerales o sintéticos. 
 
Todo lo mencionando hasta ahora ha sido teoría. Veamos ahora la tribología desde un punto de vista  más práctico.


La figura 1 muestra dos sólidos desplazándose uno respecto al otro y las superficies de ambos sólidos están en contacto. La resistencia al movimiento entre ambos sólidos es la fricción y la fricción es la responsable del desgate de ambas superficies. A mayor fricción mayor desgate.

En la figura 2, el sólido de la parte inferior dispone de una capa de lubricante (en color amarillo) que forma una fina película entre las superficies de ambos sólidos


De esta forma, la fricción disminuye de forma drástica al igual que lo hace el desgaste. El efecto es como si intentásemos que las superficies de ambos sólidos no llegasen a tocarse nunca y estuviesen siempre separadas por esta fina capa de lubricante. En la práctica, esto no es posible ya que, para una lubricación efectiva, necesitamos que las superficies sean rugosas al microscopio ya que, de lo contrario, no se podrá formar y fijar la capa de lubricante. Las superficies llegarán a friccionar, aunque eso sí, la fricción y el desgate es muchísimo menor que en el caso de no tener dicha capa. Si las superficies en contacto no tuviesen rugosidad (superficies cristalinas o que han sido pulidas en exceso) podría incluso no llegar a haber capa de lubricación, ya que al presionar ambas superficies una contra otra, el lubricante sería evacuado por los laterales de la superficie. El efecto sería similar a rociar con agua la superficie de dos cristales, los colocamos a continuación uno encima del otro y los presionamos … los cristales acabarán pegados por haber hecho el vacío entre ambas superficies y costará desplazarlos entre sí.

Otra aspecto a considerar, dependiendo del mecanismo o aplicación a diseñar, es si nos interesa minimizar la fricción y, por tanto, el desgaste mediante la utilización de un buen lubricante, o todo lo contrario, es decir, que persigamos maximizar el desgaste, como ocurre en un proceso de lijado o pulido de superficies.


Para finalizar, hemos mencionado en este post el concepto de rugosidad de las superficies. Vean una imagen tomada por un microscopio y vean como lo que a simple vista parece una superficie lisa no lo es tanto al ampliar la imagen de la superficie a través de un microscopio. En las oquedades que se divisan en la imagen es donde el lubricante quedaría alojado.







lunes, junio 6

Científicos del CERN logran aislar antimateria durante 1000 segundos. 06/06/2011

El pasado 5 de junio, los responsables del proyecto Alpha del CERN anunciaron que habían sido capaces de atrapar 300 antipartículas de hidrógeno durante 1000 segundos (16 minutos aproximadamente), tiempo más que suficiente para empezar a estudiar el comportamiento y propiedades de las mismas. Nunca antes se había logrado atrapar tal cantidad de antimateria durante tanto tiempo. Más información de esta noticia se puede encontrar en la nota de prensa publicada por el propio CERN.

Sin lugar a dudas, esta es una gran noticia que permitirá continuar investigando sobre los orígenes de universo, así como en nuevas tecnologías basadas en la manipulación de la antimateria.

Pilas de combustible de óxido sólido. 06/06/2011

Recientemente el grupo de la School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), perteneciente a la universidad de Harvards, y la empresa SiEnergy Systems LLC han desarrollado la primeras pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) a escala macroscópica. Hasta la fecha sólo se había logrado a escala microscópica, demostrando que esta tecnología es completamente escalable.  

El funcionamiento de  las pilas SOFCs se basa en generación de energía eléctrica mediante reacción electroquímica a través de una membrana ultra fina de 100 nanómetros. El rango de temperatura de funcionamiento se encuentra entre 300-500 grados Celsius. Según la nota de prensa de la Universidad  de Harvard, estas pilas tienen una capacidad para generar 155 miliwatios por centímetro cuadrado.

Esto representa un verdadero hito dentro de las pilas de combustible, ya que abre las puertas a una tecnología diferente a la del hidrógeno pero con un mismo objetivo, generar electricidad de una forma limpia.
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Foto cortesía de Shriram Ramanathan

sábado, junio 4

Coche eléctrico con pila de combustible de hidrógeno recorre 2500Km. 04/06/2011

El IDEA CEU Car, el coche eléctrico con pila de combustible de hidrógeno diseñado por los estudiantes de Ingeniería de la Universidad CEU Cardenal Herrera de Valencia, ha sido capaz de recorrer algo más de 2500 km con una cantidad de hidrógeno equivalente a un litro de gasolina.

Como ya se ha comentado en anteriores posts, el vehículo eléctrico con pila de combustible de hidrógeno es una alternativa a los vehículos eléctricos con baterías. Es una pena que no se destinen más recursos a la investigación y viabilidad de esta tecnología en vehículos de calle. Más información sobre esta noticia

jueves, junio 2

¿Por qué España tiene un ancho de vía de ferrocarril distinto? 02/06/2011

El origen de que España tenga un ancho de vía diferente al europeo (1,67 metros frente a los 1,44 metros del resto de Europa), se remonta al año 1844 que es cuando el ingeniero de caminos español Juan Subercasse publica su famoso informe, conocido como Informe Subercasse.

Hagámos un poco de historia. En 1842, Francia había decidido que el ancho de vía para sus ferrocarriles sería de 1,44 metros. El resto de países europeos (salvo Rusia que adoptó un ancho de 1,52 metros) adoptaron, como ancho de vía normalizado, el tamaño propuesto por Francia.

Siempre se ha oído, como una leyenda urbana, que España adoptó este ancho de vía para defenderse de una hipotética invasión desde los pirineos. Sin embargo, la realidad fue bien distinta, ya que los motivos que Subercasse esgrimió en su informe eran puramente técnicos. Dicha justificación radicaba en que, a diferencia de nuestros vecinos europeos, la orografía española es mucho más accidentada y esto implicaría que las locomotoras precisarían de un plus adicional de potencia y, por lo tanto, las calderas debían diseñarse de mayor tamaño para que el tren pudiese ascender las empinadas rampas en muchos lugares de España. Según Subercasse, la capacidad de guiado, tracción y rozamiento óptimo del convoy sólo se podría garantizar con este ancho de vía. Subercasse era un ingeniero de caminos muy reconocido en aquella época, pero sus conocimientos sobre locomotoras eran muy limitados, y se dejó  llevar más bien por su sentido común a la hora de elaborar tal razonamiento. No obstante, su razonamiento no fue de todo correcto, ya que la potencia de las máquinas de vapor no está relacionada con el tamaño, sino con la presión máxima de servicio, por lo que el ancho de vía de 1,44 hubiese funcionando perfectamente en España.

Hasta que finalmente se aprobó la ley General de Ferrocarriles en 1855, fueron muchos ingenieros y promotores de líneas de ferrocarril los que presionaron a los políticos de la época para que España adoptase de forma oficial el ancho estándar europeo. Las presiones desde el exterior también fueron importantes. Por un lado, Portugal por motivos obvios, ya que se quedaba aislada del resto de Europa. Por otro lado, Francia con intereses económicos para invertir en las compañías ferroviarias de la época y, para los cuales, que España y Francia estuviesen aislados por Ferrocarril no era muy positivo. Sea como fuese, los políticos españoles no cedieron y, en Junio de 1855, se ratificó el ancho de vía que Juan Subercasse había propuesto once años antes.
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Foto publicada: origen Internet

martes, mayo 31

¿Acierta Alemania con el apagón nuclear para el 2022? 31/05/2011

Alemania ya lo dejó caer después del accidente nuclear de Fukushima y ahora se confirma. El pasado 30 de mayo, la canciller alemana Angela Merkel anunció  que su país acometerá una restructuración del sector energético, por el cual todas las centrales nucleares alemanas serán cerradas en el 2022. El plan pasaría por ir sustituyendo por energías renovables toda la electricidad producida mediante energía nuclear (en Alemania representa actualmente un 23%)

No se sabe muy bien si ahora mismo esta decisión de la canciller es una simple pose política que permita seguir gobernando, aunque no saldremos de dudas hasta dentro de unos años. No obstante, por el momento, y en previsión de lo que pueda pasar, Alemania ya se ha reservada la opción de echar este plan marcha atrás en caso de una crisis energética.

Lo que sí que está claro es que, de llevarse finalmente a la práctica este plan, las consecuencias serán muy negativas:·          
  • Aumento en el precio del Kilowatio eléctrico. El cierre progresivo de centrales nucleares y su sustitución por otras fuentes traerá un sobrecoste que se reflejará en el recibo de la luz y que, al final, será soportado con los consumidores. Derivado del sobrecoste en el precio de la electricidad, la producción industrial y otros sectores industriales también se verán afectados, ya que electricidad más cara implicará que tu producto final o servicio sea más caro y esto, con toda probabilidad, afectará a sus exportaciones. Un ejemplo que lanzamos, a modo de pregunta, sobre lo que estamos hablando: ¿seguiremos comprando vehículos producidos en Alemania pero, esta vez más caros, debido al aumento de precio de la electricidad alemana?
  • Aumento de la emisión de gases de efecto invernadero (CO2). El kilowatio electricidad producido por renovables presenta una serie de fluctuaciones/oscilaciones (en el caso de aerogeneradores dependerá básicamente de que sople el viento en el área donde estén ubicados) que hace que no toda la electricidad producida por nucleares pueda ser sustituida por renovables y, tendrá que ser sustituida electricidad generada por otro tipo de centrales que usen combustibles fósiles (fuel, carbón o gas) y que permitan una potencia eléctrica instalada constante, sin fluctuaciones y que pueda hacer frente a la demanda eléctrica. Resulta paradójico ver noticias publicadas recientemente y que se hacen eco del nuevo record de emisiones de CO2 durante año 2010 y, por otro lado, observar cómo la eliminación progresiva de centrales nucleares propiciará una mayor emisión de CO2 a la atmosfera.
Ahora sólo falta saber si habrá más países europeos que quieran apuntarse a esta corriente antinuclear y ver cómo afecta a la política energética común dentro de la Unión Europea.

domingo, mayo 29

¿Qué opinan los españoles del coche eléctrico? 29/05/2011

Según la encuesta publicada esta semana por el diario Expansión, el 69% de los españoles estamos a favor de los vehículos eléctricos enchufables. También resulta destacable que el 71 % de los encuestados optaría por vehículos híbridos (combustible-eléctrico) dado que la autonomía de los vehículos eléctricos es aún muy baja.

Los resultados de esta encuesta corroboran lo que ya se expuso en el artículo de opinión publicado por Canal Ingeniería el pasado19 de mayo.

miércoles, mayo 25

El puente de Tacoma. 25/05/2011

El Puente de Tacoma es uno de los clásicos ejemplos de errores o fallos de diseño en Ingeniería. En 1940, un puente que había entrado en funcionamiento meses atrás colapsa y cae ante la mirada ingenua de los que allí se encontraban. Un imagen vale más que mil palabras …

 
El puente se construyó en una zona en la soplaba habitualmente vientos laterales racheados y que hizo que el puente entrase en resonancia. A diferencia de lo que se pensaba en un principio, la causa no fue que entrase en resonancia directa debido a la frecuencia del viento racheado, aunque esto también contribuyó, sino que se debió a un fenómeno conocido como aeroelasticidad o flutter.

Vayamos paso a paso y veamos lo que ocurrió. La sección del puente tenía forma de H, como la que se muestra en el siguiente dibujo, y estaba sometida a fuerzas por viento lateral.


El viento al chocar contra el borde superior del lateral del puente emitía un vibración, a modo de zumbido, que se repetía  periódicamente de acuerdo a la frecuencia del viento. Aunque el puente ya se movía por fuerza del viento, fue esta vibración la encargada de amplificar el movimiento ondulatorio del puente y, en definitiva, causar el colapso del puente. Este fenómeno es el flutter o aeroelasticidad y, aunque es beneficioso en otras aplicaciones (instrumentos de música de viento o incluso en los aerogeneradores), en el caso del puente de Tacoma resultó nefasto.

La moraleja que se puede extraer de este acontecimiento, y de otros simulares que se han producido a lo largo de la historia, es que hay ciertas circunstancias (o cúmulo de circunstancias) que son casi imposibles de prever cuando se está haciendo un diseño y, sólo cuando se producen, son tenidos en cuenta en futuros diseños para evitar que vuelvan a ocurrir. Y desde luego no confundamos desconocimiento con negligencia.

Para aquel que desee profundizar más sobre este tema, este artículo proporciona más detalle sobre el flutter y su relación con la caída del puente de Tacoma.

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