Cuando el vapor se condensa (vuelve al estado líquido) ocupa un volumen mucho menor que antes. Si se pone un pistón entre el vapor en condensación y el aire, el pistón se moverá debido a que el aire lo empuja hacia el espacio que deja libre el vapor. Si se conecta el pistón a una bomba se puede aprovechar la energía del aire para sacar agua de una mina inundada. Antes de que se inventara la máquina de vapor, el agua se sacaba de las minas inundadas con bombas accionadas por animales o ruedas hidráulicas. La primera máquina de vapor realmente operativa fue puesta en marcha en 1712 por el inventor ingles Thomas Newcomen (1663-1729). Sus máquinas tuvieron mucho éxito, pero fue James Watt, de Escocia, quien mejoró enormemente el diseño. Watt aumentó la eficiencia de la máquina de vapor y la diseñó para que produjera movimiento circular, con lo que se podía accionar muchas maquinas además de las bombas.

LA EOLÍPIDA DE HERÓN

VAPOR A GRAN PRESIÓN

Hasta 1800 todas las máquinas de vapor eran maquinas atmosféricas debido a que las calderas no podían soportar vapor a presiones mucho mayores que la de la atmosfera. La primera persona que utilizó vapor a alta presión fue el inglés Richard Trevithick (1771-1833), que construyó la primera locomotora en 1804. Un trabajo similar hizo Oliver Evans (1755-1819) en los Estados Unidos. Las máquinas con vapor a alta presión consumían más carbón y tenían más potencia que las que funcionaban a la presión atmosférica. Esto permitió el uso del vapor para el transporte.

ENERGÍA PARA EL TRANSPORTE

El trasporte de personas y bienes es vital para cualquier tipo de civilización. Al principo se utilizaban los animales y el viento como fuente de energía. Hacia el final del siglo XVIII se construyeron los primeros canales, con caballos que proporcionaban la energía necesaria para tirar de las barcas a lo largo de los canales. Pero el transporte por tierra era todavía lento y pesado. Al principio del siglo XIX la máquina de vapor tenía la potencia necesaria para tirar su propio peso y del peso del carbón que necesitaban para funcionar. Con esto había empezado la era del tren y pronto los trenes de muchos países empezaron a transportar pasajeros y mercancía. Al final del siglo XIX se había inventado ya el motor de combustión interna, que aprovechaba la energía desprendida por el combustible quemado en sus cilindros. Esto hizo posible la aparición de motores para coches. Con los adelantos tecnológicos del siglo XX aparecieron otras formas de transporte, como tranvías, aviones y cohetes especiales.

LOS CABALLOS Y EL MOVIMIENTO

La energía del caballo se ha aprovechado desde siempre para el transporte de personas y mercancías. Los carros asiáticos conducidos por caballos como el que se muestra en la imagen eran muy rápidos y se utilizaban en carreras y para la casa. En el transporte se utilizaban grupos de caballos.

EL MOTOR DE OTTO

En 1876, en Alemania, Nikolaus Otto se convirtió en la primera persona que construyo y vendió un motor de cuatro tiempos, diseño en el que se ha basado los motores posteriores. Lo llamo el “Silencioso Otto” porque hacía poco ruido. Una de las características fundamentales del motor de cuatro tiempos es el “tiempo de compresión”. La energía desprendida es mayo si el combustible esta en forma de vapor a presión. Esta idea fue desarrollada por primera vez por el frances Alphonse Beau de Rochas (1815-1891), pero fue Otto el que la convirtió en éxito.

UN VEHÍCULO MUY ENERGÉTICO

El motor de combustión interna es suficientemente compacto y potente como para transportar su propia puente energía (gasolina normalmente). Esta es una maqueta de un coche de motor construido en 1875 por Siegfried Marcus, un ingeniero austriaco. El coche alcanzaba una velocidad máxima de 6km/g. Aunque funcionaba muy bien para su época, Marcus no fue consciente de las posibilidades que tenía su coche de motor. Pasaron 11 años hasta que el primer coche de motor apareció en el mercado. Fue construido por Karl Benz (1844-1929) en Alemania.

MOTOR DE CUATRO CILINDROS

Este es uno de los motores para coche de Austin Seven, de la década de 1920, a que se ha hecho un corte para poder ver el interior de uno de los cilindros. El motor tiene un cuadro cilindros, cada uno con un pistón que sube y baja unas 2400 veces por minuto. El movimiento del pistón puede descomponer en cuatro movimientos. Primero, el pistón baja y el vapor de la gasolina es absorbido al cilindro desde el carburador. Después, el pistón sube para comprimir el vapor de la parte de arriba del cilindro. Ésta es la “fase de compresión”. Seguidamente, una bujía hace saltar una chispa qué hace explotar la gasolina, lo que fuerza al pistón a bajar otra vez. Esto proporcionar la energía necesita el coche. Finalmente el pistón vuelve a su sitio, empujando el combustible usado por el tubo de escape. Este “motor a cuatro tiempos” ha sido utilizado en la mayoría de los motores para vehículos desde 1876.

ENERGÍA PARA VOLAR

Subir a la atmósfera y mantenerse a una cierta altura requiere una gran cantidad energía. Antes de que se inventaran los aviones, algunas personas intentaron volar atándose alas a los brazos y agitándolas. Sus esfuerzos fueron inútiles porque los humanos, al contrario con los pájaros no tienen unos músculos los suficientemente potentes como para mantener su cuerpo el aire. Aunque se pensó en las máquinas de vapor, no hubieran dado resultado debido a que no tienen la potencia suficiente para levantar su propio peso del suelo. El motor de combustión interna tiene más potencia y es más eficiente en relación a su peso y fue utilizado por los hermanos Wright para el primer vuelo en la máquina de 1903. El motor jet es mucho más potente todavía y escapas mantener un gran avión de pasajeros en el aire. Las Lanzaderas espaciales de la NASA queman el combustible de un gran cohete para que proporcione la cantidad de energía que necesita para escapar de la gravedad terrestre.

NOVEDADES EN EL TRANSPORTE PÚBLICO

Ésta es la maqueta de un tranvía de Londres, Reino Unido, de principios del siglo. Los primeros tranvías aparecieron en Nueva York, Estados Unidos, en 1832. Estaban tirados estaban tirados por caballos, pronto éstos se sustituyeron por vapor y después por electricidad. Los primeros tranvías eléctricos aparecieron en Berlín, Alemania, en 1881. Utilizaban railes eléctricos sobre la calzada, lo que resultaba peligroso. Como alternativa se desarrollaron los cables aéreos. Se proporciona electricidad con una gran energía potencial a través de los cables, alimentando el motor eléctrico del tranvía, que hacía girar las ruedas. Los raíles resultan un problema en una calle concurrida de una gran ciudad por lo que los tranvía fueron sustituido en la mayoría de los sitios por otras formas de transporte cómo los autobuses. Sin embargo, los tranvías ayudan a prevenir los atascos y están volviendo aparecer en algunas ciudades. Tiene la ventaja adicional de que contamina mucho menos que otra forma de transporte.

LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

La electricidad es una forma de energía más adecuada para usar en casa y en muchas industrias. Pero la electricidad hay que producirla o generarla. Hay muchas formas de generar un voltaje o energía potencial eléctrica, pero lo mejor es aprovechar el electromagnetismo. Michael Faraday visualizaba la energía de un imán como un “campo”. Cuando se mueve un metal en un “campo magnético” se produce un voltaje en dicho mental. Aprovechando este efecto se desarrollaron variar máquina “magnetoeléctricas” y a finales del siglo XIX las máquinas de vapor y las turbinas hidráulicas hacían girar grande generadores que producían electricidad para las casas, oficinas y fábricas. Una invención importante que permitió generar electricidad gran escala fue la turbina de vapor. Era mucho más rápida y eficiente que la máquina de vapor que se habían utilizado hasta entonces. Las turbinas de vapor se utilizan todavía en la mayoría de los generadores.

UNA DE LAS PRIMERAS CENTRALES ELÉCTRICAS

En 1882 el inventor norteamericano Thomas Edison estaba a cargo de una central eléctrica en la ciudad Nueva York, Estados Unidos. El uso de electricidad se extendió pronto al resto del mundo. Ésta es una maqueta de una central eléctrica construida en Deptford, en Londres, Reino Unido. Empezó a generada electricidad en 1889 Y podía suministrar energía eléctrica un ritmo de más de un millón de julios por segundo. Fue diseñada por Sebastian Ziani de Ferranti (1864-1930), un ingeniero italiano que vivía en Londres. Era la central más grande y potente de su tiempo y proporciona alergia para medio Londres. La electricidad se generaba a partir de una enorme máquina de vapor. Todas las grandes centrales que se han montado desde el principio de este siglo, han funcionado a base de turbinas de vapor o de turbinas hidráulicas. Cuando la electricidad antes o producir a gran escala se encontraron muchos otros usos para ella, en la industria y en las casas.

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LA DINAMO DE GRAMME

Éste es un aparato que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El belga Zénobe Théophile Gramme (1826-1901) invento la primera dinamo en 1870. Producía “corriente continua” o c.c. la electricidad de corriente continua no se puede distribuir agrandes distancia sólo a pequeña escala. La bobina del centro del dinamo giraba a gran velocidad gracias a una máquina de vapor y las dos grandes bovinas producían un campo magnético a su alrededor. Con esto se conseguía electricidad.

GENERADOR POR TURBINA DE VAPOR

Hasta que no se inventó la turbina de vapor en 1884, las dinamos y los generadores utilizaban máquinas de vapor tradicional. Pero éstas no era eficientes no podían girar lo suficiente como para producir electricidad a gran escala. La turbina de vapor fue desarrollada por el ingeniero irlandés Sir Charles Parsons (1854-1931). La turbina de vapor que se muestra aquí aprovechaba la energía del vapor a alta presión a 200 °C. La turbina giraba 4800 veces por minuto y sin embargo trabajaba con tanta suavidad que no era necesario empernarla. Generaba 100.000 julios de energía eléctrica cada segundo (100 kilovatios de potencia).

TORRETAS Y TRANSFORMADORES

Para poder transportar la energía eléctrica a grandes distancias hay transformarla, es decir, cambiarla a un voltaje muy alto (normalmente entre 132000 y 400000 voltios) y después volver a transformarla a voltajes menores (125 o 220 voltios). Hay transformadores a cada lado de la línea en la central eléctrica y en subestación intermedias. Se utiliza corriente alterna debido que la corriente continua no se puede transformar y por tanto no se puede transportar a grandes distancias. El sistema de distribución de la corriente eléctrica fue diseñado por un ingeniero de Europa del Este, nacionalizado norteamericano, llamado Nikola Tesla (1856 -1943). Las torres de alta tensión que no soportan los cables aéreos son lo que se encuentran más frecuencia en la distribución de electricidad, ya que enterrar las líneas de alta de tensión resultaría muy caro. Las grandes torres de refrigeración son algo muy común en las centrales eléctricas. Enfría el agua que se utiliza para condensar el vapor que sale de la turbina y lo convierte en agua de nuevo.

LA ENERGÍA EN CASA

Durante mil de años las personas han utilizado energía para cocinar su comida y para producir el calor y la luz necesarios en sus hogares. La energía solía obtenerse del fuego, quemando leña, aceite, o velas. A lo largo del siglo XIX el gas de hulla empezó utilizarse en millones de hogares de muchos países. Más tarde aparecieron los grandes generadores electricidad que proporcionaban la energía eléctrica necesaria en las casas. La electricidad es más práctica que el gas, porque puede utilizarse para muchas cosas aparte de calentar, iluminar y cocinar. Proporciona la energía que necesitan aparatos como la secadora, los hornos microondas, los televisores y muchos otros.

LA CALIDAD DE LUZ DEL QUEROSENO

El queroseno es uno de los componentes que forman el petróleo en crudo, pero también pueden obtenerse a partir del carbón o de madera. Las lámparas de queroseno tiene una mecha que absorbe el combustible lentamente. La cantidad de luz que produce puede controlarse subiendo bajando la mecha. Esta es quemada muy poco. Con el calor, el queroseno se convierte en un vapor que se quema alrededor de la mecha. El vapor en combustión produce una luz intensa debido a su alta temperatura. La lámpara de queroseno como ésta se utilizaron mucho al final de sigo XIX por que daban una buena luz y fácilmente regulable. El tubo de la lámpara fue un importante invento, ya que aumentaba la corriente de aire alrededor de la mecha y hacia que la llama ardiera con más brillo.

LA COCINA CON ALCOHOL

El alcohol metilado se utilizaba como combustible en este horno portátil inventado en 1850. El combustible se guardaba en el contenedor que está sobre la rejilla, que contenía una mecha. Cuando se entendía la mecha el combustible que hay sobre ella se calentaba. El calor hacia que el combustible se vaporizara y escapara a presión por la boquilla. Una segunda mecha prendía el vapor, produciendo entonces una llama sobre el que se coloca una cazuela o sartén con comida.

Bueno mis amigos amante a este grandioso tema, hasta aquí ha llegado la cuarta parte, pronto continuaremos disfrutando de esta gran información.

BIOGRAFÍA BASE

Biblioteca de la ciencia ilustrada “energía” primera edición, Fernández, 1998

Las imágenes son tomadas de la biblioteca de la ciencia ilustrada “energía” primera edición, Fernández, 1998, y editadas en PowerPoint, las otras ilustraciones fueron tomadas de internes, allí se muestra su fuente.

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