Oxicombustión en caldera de lecho fluido circulante

La UE hizo de la lucha contra el cambio climático una de sus prioridades. En el sector energético, la UE ha establecido el objetivo conocido como 20/20/20 ésto es, que en 2020 las emisiones de gases de efecto invernadero se hayan reducido un 20% con respecto a las cifras de 1990; que en esa misma fecha el 20% de la energía consumida en la UE haya sido producida mediante energías renovables y que la eficiencia energética se haya incrementado un 20%.

La Fundación Ciudad de la Energía (Ciuden), ubicada en Ponferrada, (León) tiene en proyecto construir una central térmica de 30o megavatios para demostrar la validez de la tecnología de oxicombusión en caldera de lecho fluido circulante (CFB) y de una planta experimental de almacenamiento de CO2 en acuíferos salinos profundos, dentro del marco de las políticas europeas de recucción de CO2.

En 2009, ENDESA y Ciuden, con Foster Wheeler como socio tecnológico, presentaron al Programa Europeo de Recuperación Económica de la CE (PERE), la fase inicial del denominado Proyecto Compostilla (OXY-CFB-300), que fue seleccionado junto con otros 5 de Alemania, Reino Unido, Holanda, Polonia e Italia, recibiendo una asignación económica de 180 millones de euros.

El Proyecto OXY-CFB-300 tiene dos fases. En la primera (2009-2012) se incluye la construcción y las pruebas de funcionamiento de la Planta de Desarrollo Tecnológico para validar la caldera de lecho fluido en oxicombustión de 30 MW.

La planta de Ciuden tendrá los siguientes elementos:

-. Caldera de carbón pulverizado (20 MW) operando en modo convencional (empleando aire como comburente) o en modo de oxicombustión (empleando oxígeno prácticamente puro como comburente)
-. Caldera de lecho fluido circulante (15 MW en modo convencional, 30 MW en modo de oxicombustión)
-. Tren de limpieza de gases para la eliminación de NOx, partículas y SOx
-. Captura de CO2: tren de compresión (oxicombustión) / unidad de absorción (aire)

Caldera de lecho fluido de tecnología Foster Wheeler.

En la segunda fase se ha de desarrollar un programa de investigación aplicada para abordar el proceso de almacenamiento geológico de CO2 mediante una planta experimental en Hontomín (Burgos) y la construcción y operación de una unidad de ensayos de transporte de CO2, para resolver las cuestiones técnicas asociadas.

Otras técnicas de captura del CO2 se basan en el tratamiento del mismo con óxido de calcio (CaO) para formar carbonato cálcico (CaCO3).

Endesa, en colaboración con Hunosa y el CSIC, ha iniciado el proyecto de construcción de una planta experimental de 1 MW para la captura de CO2 en La Pereda (Mieres-Asturias), junto a la actual central termoeléctrica de La Pereda, propiedad de Hunosa, según informó Endesa. Este proyecto se enmarca dentro del acuerdo de colaboración firmado por Endesa, Hunosa y el CSIC para el desarrollo de la tecnología de captura de CO2 mediante el uso de caliza como absorbente.

La planta dispondrá de dos reactores de lecho fluido circulante de 15 metros de altura interconectados. En el reactor de calcinación, la caliza se descompondrá en óxido de calcio y CO2 altamente concentrado. El óxido de calcio se envía al reactor de carbonatación donde reacciona con los gases de combustión capturando el CO2 para formar caliza nuevamente.

La planta esta diseñada para tratar hasta 2.600 m3/h de gases de combustión y poseerá una capacidad de captura de 8 Toneladas de CO2 día con eficiencias de alrededor del 90 por ciento. La puesta en marcha de la misma está prevista para el inicio de 2011. El proyecto está subvencionado dentro del Séptimo Programa Marco Europeo en el área de energía con un presupuesto superior a 6,8 millones de euros. Además de Endesa, CSIC y Hunosa, el proyecto cuenta con la participación de Foster Wheeler Energía, que actúa como principal tecnólogo para el desarrollo de la ingeniería de la planta de 1 MW, así como de otros cuatro centros de investigación europeos y canadienses.

Tambíen se puede reducir la producción de CO2 aumentando la eficiencia de los procesos de producción de electricidad. Algunos estudios realizados han calculado que la eficiencia de una central térmica se incrementa en un 0,005% con un aumento de un bar de presión en el vapor de la caldera y en un 0,011% con cada grado Celsius de aumento de la temperatura del vapor. Se entiende que se trabaja con vapor supercrítico cuando la presión y la temperatura alcanzan un nivel por encima de 374 ° C y 221,2 bares.

Intercambiador de calor fabricado en aleación 7CrMoVTiB10-10 y acero P91 para la central térmica de Lagisza en Polonia.

Las primeras calderas para vapor supercrítico se construyeron en la década de 1950, pero en la práctica se encontró pronto que estas condiciones de operación superaban los valores de resistencia de las aleaciones de acero austenítico disponibles en el momento. Hubo muchos casos de roturas por fatiga.

Grandes atascos en China

Un enorme atasco de tráfico, de más de 100 kilómetros, colapsa, desde el 14 de agosto pasado, la segunda autopista de circunvalación, cercana a Pekín. Este hecho, bastante habitual, pone de manifiesto las carencias en infraestructuras y otros servicios básicos de la pujante economía china.

Las retenciones se iniciaron en el tramo comprendido entre la capital china y Hauaian, en la provincia de Hebei, y Jining, en la Autopista Nacional número 110, que une Pekín con el Tíbet. La autopista canaliza gran parte del tráfico pesado desde Pekín hacia el oeste del país, con el paso continuo de camiones de gran tonelaje.

Paralelamente al atasco ha florecido un mercado de alimentos a precios desorbitados, al que los afectados se ven obligados a acudir. Los fideos instantáneos se venden a cuatro veces su precio original.

Las autoridades chinas achacan el atasco a los preparativos para la reparación de la autopista, que se alargará durante varias semanas, hasta el 16 de septiembre. No obstante, la explicación extraoficial apunta al transporte de carbón desde las cuencas mineras del norte del país, que, a falta de ferrocarril, debe hacerse de manera prácticamente íntegra por carretera. No se ha de olvidar que el 70% de las necesidades energéticas chinas se satisfacen con carbón.

Por otra parte, el parque de automóviles en China no para de crecer, se sumaron 13,5 millones de nuevos turismos en 2009 y se prevé que aumente en otros 15 millones de coches este año, una progresión que las carreteras chinas son incapaces de absorber. En Pekín, el Centro de Investigación para el Transporte de la capital china pronostica siete millones de vehículos circulando en 2015, mientras que sus infraestructuras viarias son capaces de absorber, en las actuales circunstancias, sólo 6,7 millones de coches.

El siguiente video es de un atasco en junio de este mismo año.

Aficionados a los tractores antiguos

Motores Estacionarios Antiguos "De Bosende" es el nombre del espacio web en el que el gallego José Manuel Traseira Rois nos muestra su colección de motores antiguos, tractores, maquinaria agrícola y bibliografía relacionada.

El video muestra el funcionamiento de este motor John Deere.

Tolvanera de fuego

La colisión frontal de un incendio con fuertes vientos secos causó, el 24 de agosto pasado, una tolvanera de fuego en el municipio brasileño de Araçatuba, en el estado de Sao Paulo. Las tolvaneras son remolinos de polvo, con un principio de funcionamiento similar al de los tornados. Por esta razón este fenómeno asociado a los incendios forestales se conoce también como tornado, o torbellino de fuego.

Esta fotografía no corresponde a la tolvanera de fuego de Sao Paulo.

En este caso, un torbellino de llamas girando en una espiral de varios metros de alto danzó a lo largo del bosque incendiado y de una carretera cercana. El fenómeno, extremadamente peligroso paralizó el tráfico rodado antes de desaparecer, tan rápido como apareció.

La tormenta de fuego es la consecuencia lógica de semanas de sequía que han provocado grandes incendios en toda la región. Según las autoridades locales, en Sao Paulo no llovía desde hacía tres meses y el nivel de humedad del aire era similar al que se encuentra en el desierto del Sáhara.

Las autoridades regionales de Sao Paulo habían prohibido a los agricultores quemar la basura, la paja y los restos de caña de azúcar. Sin embargo, los municipios de áreas remotas, con pocos recursos, fueron incapaces de localizar y contener los incendios.

En los videos siguientes se puede ver la tolvanera de fuego.

Aquí se puede ver un video de otro fenómeno similar al de Sao Paulo.

El rescate de los mineros chilenos

El 5 de agosto pasado un derrumbe en una mina situada en la ciudad chilena de Copiapó, a 834 kilómetros al norte de la capital, dejó atrapados a 33 trabajadores. El accidente se produjo en el nivel 300 de la mina San José dedicada a la explotación de oro y cobre.

En un primer momento se trasladaron hasta la mina varias dotaciones de bomberos de comunidades vecinas, así como efectivos del Grupo de Operaciones Especiales (Gope) de los carabineros para intentar establecer contacto con los mineros atrapados.

El 23 de agosto los mineros atrapados a 688 metros de profundidad comenzaron a recibir los primeros alimentos en más de dos semanas a través de un conducto de ocho centímetros de diámetro, abierto por una sonda, que servirá de cordón umbilical para mantener con vida a los trabajadores. Los primeros envíos consistieron en agua potable y suero líquido para hidratarlos, y un cuestionario médico para que detallasen su estado de salud.

Después de entubar este agujero para asegurar su estabilidad, ha seguido la excavación de nuevos conductos para tener nuevas vías de comunicación, mientras se esperaba la llegada de la máquina perforadora Strata 950 que ha de abrir un túnel de 66 centímetros de diámetro por el que subirán los mineros.

Hoy Los mineros tuvieron que trasladar 250 metros rampa abajo el refugio donde se encuentran desde hace casi un mes debido a las altas temperaturas y a la humedad. Se espera que en el nuevo refugio los operarios instalen un sistema de iluminación y dispongan de áreas de almacenamiento de los objetos que les envíen en los próximos días a través del tubo que han estado utilizando para comunicarse con el exterior.

La mesa que camina

Hace unos días vi en la televisión un objeto curioso. Se trata de una mesa que cuando la empujas lateralmente camina. No está muy claro que sea práctico, pero si divertido. Esta mesa pertenece al grupo de cosas divertidas, entre las que podemos encontrar los diseños de Breaded Escalope, Droog y el Studio JSPR.

En Holanda es corriente este tipo de diseños, raros pero quizás funcionales. El innovador diseño es de Wouter Scheublin.

A continuación se puede ver la mesa en acción.

Otro diseño divertido es la mesa que se expande con solo girarla.

Plásticos degradables

d2w® y el internacionalmente conocido logotipo de la gota son marcas registradas utilizadas para identificar una variedad de productos plásticos semi-rígidos y flexibles totalmente degradables, y también una variedad de aditivos únicos. Cuando están incluidos en el proceso de fabricación, provocan la descomposición del plástico, de forma total y segura, en agua, dióxido de carbono y una pequeña cantidad de biomasa.

Los plásticos tradicionales son materiales particularmente versátiles y resistentes. Su robustez es una de las causas de su inmenso uso, en innumerables aplicaciones en nuestra vida cotidiana. Hasta ahora, esta misma característica provoca grandes volúmenes de duraderos desechos plásticos.

Funcionamiento de un reactor nuclear de agua a presión

En un reactor nuclear de fisión de agua ligera a presión (PWR) se genera calor mediante la reacción en cadena del uranio 235, este calor se utiliza para producir vapor que se envía a una turbina que, a su vez, mueve un generador eléctrico. Esta es la finalidad de la central producir electricidad.

En el edificio de contención del reactor, que normalmente se identifica por su cúpula exterior de hormigón, se situan los elementos que se muestran en el esquema siguiente.

La vasija del reactor, en donde se encuentran las barras de combustible (1) y las de control, es el elemento sometido a mayores esfuerzos mecánicos por lo que se realiza de acero forjado.

Unidos al reactor están tres generadores de vapor (2). Es lo que se conoce como intercambiadores de calor. En su interior contiene un circuitos de tubos de acero, por el que circula el agua que enfría el núcleo del reactor, a su vez alberga el agua que se ha de convertir en vapor para mover la turbina y es calentada por los tubos del anterior circuito.

Para que se mueva el agua entre el interior del reactor y los generadores de vapor, cada uno de los tres circuitos primarios contiene una bomba de circulación(3).

Bomba del circuito primario fabricada por AREVA (Notese el tamaño de la persona situada en la base de la misma).

Para mantener una presión alta en el circuito primario, que impida que entre en ebullición el agua dentro del reactor, se utiliza el presionador(4). Este cilindro dispone de unas resistencias eléctricas, en su base, que calientan el agua para hacerla aumentar de volumen y unos rociadores de agua fría, en su parte superior, para que disminuya de volumen.

Todos estos elementos formán parte del llamado circuito primario, que contiene el agua de refrigeración del reactor (Y por tanto, con posibles partículas radiactivas). La parte superior del generador de vapor, las diferentes tuberías que conducen este vapor hacia la turbina y, posteriormente, hacia el condensador, la bomba de agua condensada y las diferentes válvulas, forman el circuito secundario.

Sala de control de parques eólicos

La información del siguiente artículo la hemos obtenido del excelente bloc argentino Ingeniería Eléctrica Explicada.

La empresa Iberdrola Renovables inauguró en diciembre de 2003 el centro de control de Energías Renovables (CORE), situado en Toledo. En total, opera 24 horas y 365 días al año en 5.500 aerogeneradores, 68 minihidráulicas y una planta termosolar.

La energía eólica se consolidó como la tercera suministradora del sistema eléctrico español en 2009, al cubrir el 14,3% de la demanda eléctrica, sólo superada por las centrales térmicas de gas de ciclo combinado y las nucleares, según datos de Red Eléctrica de España. Sólo en España hay más de 18.000 megavatios instalados. En el mundo hay 120.000 MW. Desde el CORE se controlan cerca de 6.000 MW en España, Portugal, Brasil, México, Estados Unidos, Francia, Alemania, Grecia, Polonia y Hungría.

Desde 2006, es obligatorio que exista un centro de control para las instalaciones de más de 10 MW. REE tiene su propio centro al que se le facilitan los datos de los parques. Así, el gestor del sistema sabe exactamente la generación eólica y controla puntas de producción como la ocurrida el pasado 14 de enero a las 1:33 horas. En ese momento, la energía eólica cubría el 42% de la demanda eléctrica.

Iberdrola ha construido un CORE más pequeño en Valencia "de respaldo, por seguridad". Plantea instalar centros como el de Valencia en otros países.

En los parques eólicos la relación entre variables medidas y MW instalado es muy alto. En un aerogenerador de, más o menos, un MW de potencia, de los que actualmente hay instalados en mayor cantidad puede haber unas 300 variables como mínimo (300 variables/MW). Una Planta Térmica tradicional de 300 MW supervisa más de 9.000 variables, (30 variables/MW) y son normales relaciones de 10 variables/MW instalado.

Si se dispone de un conjunto de parques eólicos de unos 500 MW instalados, nos encontramos que si quiere supervisar de forma remota todas las variables, tendría que disponer de un sistema de información (normalmente se utilizan los sistemas llamados SCADA1) capaz de procesar unos 150.000 puntos en tiempo real.

Para hacernos una idea, este tamaño se corresponde a más del que tiene el SCADA utilizado para toda la Distribución y Transporte de Iberdrola y cuyo coste, evidentemente, es absolutamente inabordable.

La clave de la utilización óptima de las comunicaciones, con plantas o sistemas con gran cantidad de información, es la utilización de protocolos que trabajan por excepción o cambio. El CORE utiliza como protocolo el OPC DA v2.0, que trabaja por excepción y de forma muy eficiente, con un modelo de datos asociado como “namespace” específicamente diseñado para el proceso eólico, aunque permite incorporar cualquier otro, que es el más consumidor de variables. La gran ventaja de este protocolo es que la parte “esclava” o servidor, residente en el parque, contiene toda la base de datos que, de forma idéntica o gemela, está a su vez definida en el SCADA del CORE.

Reactor nuclear de 912 MW Tomari-3

La central nuclear de Tomari es la única planta de energía nuclear de Hokkaido, (Japón). Se encuentra en la ciudad de Tomari en el Distrito de Furuu y está gestionada por la compañía Hokkaido Electric Power Company. Los tres reactores que forman la central fueron diseñados por Mitsubishi.

El reactor Tomari-1, de 579 MW de potencia, se puso en marcha en junio de 1989, el Tomari-2, de la misma potencia que el anterior, en abril de 1991 y el Tomari-3, de 912 MW, en marzo de 2009. El Tomari-3 se estima que ha costado un total de 2.500 millones de dólares. Los tres reactores son del tipo PWR.

En el gráfico anterior se puede ver la evolución en la fabricación de reactores nucleares Por parte de la Mitsubishi Heavy Industries Ltd. El reactor Tomari-3 corresponde a la 4ª generación y utiliza combustible MOX.

Conjunto de reactor, generadores de vapor, bombas de circulación, presionador y tuberías del circuito.

La vasija del reactor guarda el combustible dentro de la estructura que forma el núcleo. Este recipiente contiene el refrigerante del reactor, soportando las altas temperaturas y presiones durante el funcionamiento normal y bajo sobrecargas, resistiendo también a los neutrones rápidos.

Barra de combustible nuclear MOX. Esta formado por plutonio, extraído de combustible gastado, mezclado con uranio.

El generador de vapor es un intercambiador de calor formado por tubos en U verticales que transfiere la energía térmica generada en la vasija del reactor al agua que se convertirá en vapor, moviendo después la turbina. El generador de vapor se encuentra más alto que las toberas de entrada y de salida de la vasija del reactor, para permitir la eliminación del calor producido por el uranio por circulación natural del agua, después de la parada del reactor.

Un generador de vapor típico es de aproximadamente 21 metros de alto, de hasta 5 metros de diámetro y pesa alrededor de 330 toneladas. Un generador de vapor típico alberga alrededor de 3.400 tubos de transferencia de calor en forma de U invertida, de 20 mm de diámetro exterior y 20 metros de longitud.

Bomba del circuito primario de refrigeración del reactor modelo 100 A.

La bomba de refrigerante del reactor lo hace circular con un caudal constante, para eliminar el calor del núcleo del reactor.

El presionador mantiene la presión constante en el sistema de enfriamiento del reactor, mediante un calentador eléctrico, una válvula del rociador de agua y una válvula de seguridad. Las tuberías del circuito de refrigeración del reactor interconexionan la vasija del reactor, el generador de vapor y la bomba del refrigerante en una configuración de bucle cerrado.

La fabricación de los elementos del reactor se ha hecho con un grado de precisión de centésima de milímetro.

Reactor nuclear Babcock & Wilcox de 125 megavatios

Babcock & Wilcox ha puesto en marcha un reactor nuclear de 125 megavatios, que se pretende que se pueda construir más rápido y más barato que los grandes reactores.

El reactor modular es de aproximadamente una décima parte del tamaño de los reactores nucleares tradicionales. Varios de estos reactores se pueden utilizar para conseguir la misma potencia que la de una central convencional.

Estos reactores más pequeños pueden ser construidos en las fábricas de EE.UU. y luego se enviarán a donde sean necesarios. De esta forma se supera la dificultad que representa el traslado de la vasija de un gran reactor nuclear desde las fábricas japonesas.

Babcock & Wilcox comunica que el nuevo reactor, que utiliza la tecnología existente, también tendrá un coste de menos de 5.000 dólares por megavatio de potencia instalada.

Se espera la certificación del reactor por parte de la administración norteamericana para el año 2011, con el objetivo de construir la primera planta en 2018.

Simulador de sala de control de central nuclear

El Nuclear Power Plant Simulator es un juego de ordenador que nos permite aprender cómo funciona la energía atómica y que es lo que ocurre en la sala de control de una central. Este simulador lo distribuye ae4rv a un precio de 9,95 $.

Se trata de realizar el control de una pequeña planta de energía nuclear comercial. El objetivo es producir tanta electricidad como se pueda sin provocar averías o el colapso de la central. Para ello se ha de encontrar un equilibrio, manteniendo la central a la mayor potencia de producción posible. Son muchas las cosas que pueden funcionar mal si no se es cuidadoso. Se ha de tratar de encontrar el equilibrio entre la máxima producción de energía y la operación segura de la central.

El juego viene con instrucciones y con un diagrama animado de la planta nuclear. Existen numerosos indicadores y luces de advertencia. Se pueden ajustar las barras de control para controlar el calor producido en el reactor, el caudal de refrigerante en el circuito primario, para llevar el calor al intercambiador de calor, la cantidad de vapor del circuito secundario para llevarlo a la turbina y el flujo hacia la torre de enfriamiento. También hay un suministro de líquido de refrigeración de emergencia si se necesita.

Robot controlado desde internet (VII)

A continuación se muestra un esquema de bloques de la parte electrónica del robot de Guillem Cuberes.

Sobre la placa entrenadora se encuentra colocado el servidor web EZWeb Lynx. Como que el robot dispone de una cámara web con conexión de red, se necesita de un switch que permita conectar entre si los tres elementos: servidor web, cámara de video y punto de acceso inalámbrico, que nos facilita la conexión con el robot desde cualquier punto de internet, para controlar sus movimientos y ver lo que se encuentra en su cercanía.

La placa entrenadora controla entradas y salidas.

La única entrada utilizada es la de una pequeña placa fotovoltáica, que se utiliza como sensor de luz que permite el encendido automático de los LEDs de iluminación.

Para el control de los dos motores del robot se utilizan cuatro salidas digitales, dos para cada motor. Los LEDs también se ponen en marcha gracias a otra salida de la placa entrenadora.

Para poder accionar los motores con 6 voltios se utiliza un driver de motores L298 y una placa de relés con entrada optoacoplada, lo que permite separar eléctricamente la salida de la placa entrenadora del resto del circuito, impidiendo de esta manera cualquier problema que pudiera causar una avería en la placa entrenadora.

La fuente principal de electricidad del robot es una batería de 12 voltios, pero como los diferentes elementos utilizan voltajes de alimentación diferentes se necesitan distintas fuentes de alimentación para proporcionarlos.

Artículos sobre los Ictíneos

La flotabilidad y el Ictíneo

Los astilleros Nuevo Vulcano y la construcción del Ictíneo

Regeneración de la atmósfera interior del Ictíneo II

Visión exterior y alumbrado en el Ictíneo

El armamento del Ictíneo

El Ictíneo, el barco pez

Materiales de construcción utilizados en el Ictíneo II

Instrumentos de medida utilizados en los Ictíneos

Índice de los Ictíneos

Operaciones de inmersión del Ictíneo II

Lastre de equilibrio del Ictíneo II

Vejigas de flotación y natatorias del Ictíneo II

Las máquinas de vapor del Ictíneo II

Mecanismo para girar sobre si mismo el Ictíneo II

Los tripulantes del primer Ictíneo

Tripulación del Ictíneo II

Operaciones de inmersión en el Ictíneo II

Fondo documental sobre Narcís Monturiol y sus Ictíneos

Maqueta del Ictíneo II a escala 1:20

El Ictíneo en una botella

Proceso de inmersión del Ictíneo II

Los tripulantes del Ictíneo II

El Ictíneo III

Los Ictíneos de Monturiol

Bibliografía sobre Narcís Monturiol y su Ictíneo

Simulación y simuladores

Una simulación es una representación de algún hecho real, ya se trate del comportamiento de un fenómeno natural o un ser vivo, o el funcionamiento de un mecanismo o un sistema artificial complejo. Se trata de una representación dinámica, es decir un modelo de la realidad puesto en funcionamiento. Esta simulación no ha de ser nada material, un jugador de ajedrez simula el juego de su adversario (Todo ello en su cabeza), para intentar preveer su próxima jugada y contraatacar con ventaja.

Los autómatas

Algunas simulaciones tenían y tienen un fin lúdico, como los autómatas construidos por el griego Herón de Alejandría a principios de nuestra era.

Los autómatas son ingenios mecánicos que realizan alguna función de manera autónoma. Por ejemplo, un reloj es un autómata, que sirve para medir el paso del tiempo. Los autómatas pueden desempeñar tareas simples y repetitivas, o bien tareas más complejas, admitiendo también algunos realimentación (con lo cual podrían cambiar su comportamiento).

El autómata más antiguo que se conserva es el Gallo de Estrasburgo, construido en 1352, cuando se encontraba en el reloj de la catedral de esa ciudad movía el pico y las alas para señalar el paso de las horas. Los autómatas más impresionantes datan de los siglos XVII y XVIII. En algunos museos se contemplan actualmente los pocos ejemplos en perfecto estado que han sobrevivido. Pre-robots como el de Pierre Jaquet-Drotz, con su Pierrot el escribano un muñeco que, sentado a la mesa, redactaba una carta interminable. Se hicieron figuras de animales, como pavos reales o caballos, capaces de caminar y “comer.” Sin duda el más admirado de los autómatas de esa época fue el pato mecánico de Jacques de Vaucanson.

Pato de Vaucanson.

El pato de Vaucanson era un autómata hecho en cobre que representaba un pato capaz de comer, beber, defecar y mover sus alas.

La simulación como mecanismo de conocimiento

No todas las simulaciones tienen el entretenimiento como objetivo, en la mayoría de los casos se realizan simulaciones para tratar de comprender mejor algún fenómeno o para estudiar el comportamiento de algo que aun está por construir. Desde una perspectiva teórica o práctica estas simulaciones tienen un marcado interés económico, ya que a corto o a largo plazo influirán en los costes de producción de algún bien necesario para nosotros.

La simulación es un medio utilizado por los investigadores científicos, los ingenieros, los economistas, los militares y muchos otros, para estudiar el comportamiento de aquello en lo que están trabajando, sin necesidad de utilizar los elementos a escala real o con la complejidad asociada al fenómeno real. De esta forma, un ingeniero de caminos no ha de construir una presa de hormigón de 100 metros de altura para comprobar su comportamiento (Si realmente resiste el empuje del agua o se derrumba bajo su fuerza), puede estudiar el comportamiento de una maqueta a escala reducida o realizar cálculos numéricos mediante el uso de potentes ordenadores que calculan la resistencia en las diferentes zonas de la presa bajo el efecto de diferentes alturas del agua en el embalse. De esta forma se reducen los riesgos económicos y los que podrían correr las personas que vivan aguas abajo de la presa.

Para poder simular primeramente se ha de conocer algo de esos hechos que queremos imitar. Si se trata de obras de ingeniería, los diseños previos nos aportan toda la información necesaria para esa simulación. Si aquello a simular son fenómenos o seres naturales, la observación y la recogida de datos numéricos de sus características es imprescindible.

La simple representación gráfica de la realidad no es una simulación, pero puede ser una herramienta para llevarla a cabo. A continuación podemos ver un ejemplo de esto.

La anatomía femenina según Leonardo da Vinci.

El método científico de Leonardo se basaba fundamentalmente en la observación. Leonardo intentó comprender los fenómenos describiéndolos e ilustrándolos con mucho detalle, no insistiendo demasiado en las explicaciones teóricas. Sus estudios sobre el vuelo de los pájaros o el movimiento del agua son sin duda muy destacables.

La formación inicial de Leonardo sobre anatomía humana comenzó mientras aprendía con el pintor Andrea del Verrocchio, quien insistía en que todos sus alumnos tuvieran conocimientos de anatomía. Como artista, pronto fue un maestro de la anatomía topográfica, realizando numerosos estudios sobre músculos, tendones y otras características anatómicas visibles.

Los mecanismos de la simulación

Las simulaciones parten frecuentemente de algún tipo de representación de la realidad. Los dibujos de Leonardo inspiraron a un numeroso grupo de científicos interesados en el funcionamiento del aparato circulatorio, digestivo, etc. Nuestro afán de conocimiento nos lleva a ello. Primeramente hemos de conocer como son las cosas, después estaremos interesados en investigar como funcionan y, por último, querremos saber porqué motivos son y funcionan de esta manera.

Las representaciones no siempre son tan realistas como los dibujos de Leonardo, algunas son mucho más abstractas. Muchos fenómenos físicos se resumen mediante una ley, una fórmula matemática que relaciona varias magnitudes que intervienen en los mismos. Esta fórmula es la representación del fenómeno. Pongamos por caso la expresión que representa la energía potencial que tiene un objeto situado a una determinada altura.

Ep = m · g · h

En la que m es la masa, g la constante de la gravedad y h la altura. Si usamos de esta fórmula para calcular la energía potencial que tiene una persona de 50 Kg de peso, situada a una altura de 40 metros del suelo, estamos iniciando una simulación. En este caso podríamos hacer una evaluación de los daños sufridos por esta persona en función de la altura desde la que podría caer.

En este caso los cálculos son sencillos, pero otras expresiones matemáticas son mucho más complejas, por lo que para hacer simulaciones se utilizan supercomputadores que utilizan horas en realizar millones de cálculos. Los modelos matemáticos del clima que utilizan los meteorólogos, para predecir el tiempo, necesitan de estos grandes ordenadores. Las variables que intervienen en el estudio termodinámico de la atmósfera son muchas y producen expresiones matemáticas complejas.

En los túneles aerodinámicos se ensayan (Se simula su comportamiento en la realidad) máquetas a escala de aviones, coches y otros vehículos. En los canales de olas se ensayan modelos tridimensionales de obras públicas marinas. para estudiar su comportamiento. Del mismo modo se utilizan maquetas de edificaciones para estudiar su exposición al Sol y al viento.

La simulación utilizada en el entrenamiento de operadores de máquinas diversas

Para ahorrar costes de formación se utilizan equipos que representan las condiciones de trabajo de los pilotos de avión, de los maquinistas de tren, los operadores de centrales eléctricas, etc. Estos simuladores se comenzaron a utilizar a comienzos del siglo XX para el entrenamiento de conductores de tranvía y pilotos de avión.

A continuación se muestra un video sobre el proceso de entrenamiento para los cosmonautas rusos.

Este otro video es de un simulador de la sala de control de una central nuclear.

Qwerk

Qwerk es una placa controladora de entradas y salidas basada en un ordenador embebido, especialmente diseñada para el control de robots y otros equipos similares. Permite controlar 4 motores y 16 servos.
Esta placa ha sido desarrollada por Google, Intel, Microsoft y la Carnegie Mellon University.

Qwerk dispone de un procesador RISC a 200 MHz con núcleo ARM9, un FPGA (field-programmable gate array) Xilinx Spartan 3E que se encarga de las entradas/salidas de la placa, una memoria de 32 MB de SDRAM y 8MB de flash (no volátil).

Robot montado sobre una placa Qwerk.

Como sistema operativo se puede optar entre Linux y Windows CE y es capaz de alojar aplicaciones sofisticadas que requieran programación de alto nivel, multitarea, conectividad a redes e internet.

A continuación se pueden ver sus características:

- 4 controladores para motores de hasta 2 amperios de consumo, incluyendo sensores de posición y encoders.
- 16 controladores para servos, de los utilizados en aeromodelismo.
- 16 entradas/salidas digitales programables.
- 8 entradas analogicas de 12 bits.
- 2 puertos RS-232
- Puerto USB, para conectar dispositivos.
- Puerto Ethernet 10/100.
- Posibilidad de reproducir audio MP3 y wav.
- Puertos I2C.
- La fuente de alimentación conmutada proporciona 4 amperios, con una entrada de entre 7 y 30 voltios.

Robot controlado desde internet (VI)

En la documentación escrita del fabricante del Ez Web Lynx se encuentra una extensa tabla con los diferentes comandos (Órdenes) que puede interpretar el servidor web. Estos comandos pueden utilizarse para comunicarse con el servidor web desde el HyperTerminal, desde la consola de Ms2, mediante una conexión con protocolo UDP a través de la red Ethernet, desde una interficie de control (Página alojada en el servidor web) e incluso desde un navegador web (En este último caso solamente se pueden dar órdenes de encendido o apagado, pero no hacer preguntas).

Al EZ WEB LYNX se le pueden hacer preguntas poniendo un interrogante detrás del comando o dar órdenes poniendo un igual y especificando un valor.

La flotabilidad y el Ictíneo

La flotabilidad es un concepto básico que Monturiol tenía muy claro a la hora de diseñar sus Ictíneos, tal como se relata en el siguiente pasaje del libro de Matthew Stewart.

“«Flotabilitat» és un d'aquells conceptes que gairebé qualsevol persona que hagi tingut una infantesa normal -amb banys, glaçons a les begudes, estius de platja, etc- comprèn d'una manera intuïtiva. Però davant la perspectiva de submergir-se en unes aigües que poden tenir milers de metres de profunditat i que, per tant, podrien esclafar-nos el barril d'olivera i coure com si fos un cup de paper sota un camió, ens cal ser molt explícits amb els nostres conceptes. Heus aquí una regla molt senzilla: un objecte és flotable (és a dir, flota) si, i només si, el pes del volum de l'aigua que desplaça és major que el seu propi pes. Si l'objecte pesa més que l'aigua que desplaça, s'enfonsa. Així doncs, una pilota de platja flota perquè pesa molt menys que un volum equivalent d'aigua. (Imagineu com seria intentar llançar una pilota de platja plena d'aigua.) Una pedra s'enfonsa perquè pesa més que el que pesa l'aigua que ocupa un volum similar.

«Flotabilitat positiva» és una manera curiosa de descriure qualsevol cosa que, en la seva posició present, és a punt de flotar. És a dir, que pesa menys que l'aigua que desplaça. Si tens una flotabilitat positiva mentre ets sota l'aigua, sentiràs una estrebada cap amunt. «Flotabilitat negativa» és el contrari. Vol dir que ets a punt d'enfonsar-te. «Flotabilitat neutra» és el sant grial dels submarinistes i els bussejadors. Significa que peses exactament el mateix que l'aigua que desplaces. Si tens una flotabilitat neutra a 10 metres de profunditat, pots romandre indefinidament a 10 metres, sense emergir ni enfonsar-te mai, fins que algú manipuli la teva flotabilitat. En resum, per controlar la profunditat és qüestió de controlar la flotabilitat; i per controlar la flotabilitat és qüestió de controlar o el volum o el pes.

Només un parell de detalls subtils compliquen la senzilla ciència del control de la flotabilitat. D'una banda, l'aigua no és sempre igual. L'aigua salada és més densa que l'aigua dolça (així que les coses floten més fàcilment en l'aigua salada), i l'aigua freda és més densa que l'aigua calenta (les coses s'enfonsen amb l'escalfor). I un altre detall, encara més problemàtic: qualsevol vaixell submarí, a menys que estigui fet de criptonita, es contraurà una mica en descendir cap a les pressions del fons marí. Com que el volum s'encongirà, encara que sigui imperceptiblement, la flotabilitat disminuirà. Això provoca un efecte perillós i galopant a mesura que el vaixell se submergeix: la flotabilitat negativa es fa encara més negativa, i el submarí s'enfonsarà fins al fons de tot si no s'hi posa remei de seguida. Monturiol va calcular que el barril d'olivera i coure es contrauria aproximadament un 0,01 % per cada metre que baixés.

La solució de Monturiol al problema del control de la profunditat és la mateixa que s'aplica als submarins avui dia. La manera més senzilla d'afegir pes a un submarí i disminuir així la flotabilitat és absorbint una mica de l'aigua que l'envolta. La manera de restablir la flotabilitat positiva és expulsant aquesta aigua. El disseny del doble buc de Monturiol oferia un espai natural per a aquesta aigua addicional: l'espai entre els dos bucs. El seu disseny exigia quatre «bufetes» o tancs de llast, dues a cada banda de la proa i de la popa, dins del buc exterior. Va afegir unes vàlvules que podien manipular-se des de l'interior de la cambra habitable del submarí per permetre l'entrada d'aigua a les bufetes, i unes bombes per expulsar-la.

L'únic problema d'aquesta disposició era que, a certa profunditat, les bombes que s'utilitzaven per expulsar l'aigua havien de generar prou pressió per contrarestar la pressió contrària de l'aigua de l'exterior; si no, els tancs no es buidarien. Les bombes manuals funcionen prou bé en aigües poc profundes. Per poder buidar ràpidament els tancs en aigües més profundes, Monturiol preveia que li caldria alguna cosa més potent que una bomba manual. Això no obstant, es va adonar amb disgust, que les alternatives a les bombes manuals -com per exemple, un sistema d'aire comprimit- resultarien molt costoses. Per tal d'estalviar, va instal·lar dues hèlices manuals a la part superior del primer submarí. La idea era deixar que l'aigua entrés en els tancs de llast a la superfície fins que la flotabilitat fos lleugerament superior a zero. Aleshores les hèlices s'encarregarien de fer descendir el submarí i de fer-lo emergir fins prop de la superficie, on les bombes manuals buidarien els tancs.“

"El somni de Monturiol", Matthew Stewart, GRAÓ Editorial, Barcelona 2009

Los astilleros Nuevo Vulcano y la construcción del Ictíneo

El Ictíneo se construyó en los astilleros Nuevo Vulcano y esto es lo que se relata en el siguiente pasaje del libro de Matthew Stewart.

“Monturiol i la seva família es van tornar a instal·lar a Barcelona. Van allotjar-se en un carrer paral·lel a la muralla que separava la ciutat del port, en l'edifici on diuen que havia mort Miguel de Cervantes, l'autor del Quixot -una coincidència inquietant. Desconcertat per aquesta aparent maledicció històrica, Monturiol va posar mà a l'obra. L'habitatge estava tot just a cinc minuts a peu del taller, és a dir, de la drassana on construiria la màquina dels seus somnis.

El sistema monetari espanyol de l'època era complex i fragmentari, amb diverses monedes circulant alhora. Per simplificar: quatre rals equivalien a una pesseta; cinc pessetes equivalien a un duro. Les estadístiques meticulosament tabulades de Cerdà sobre la classe treballadora de Barcelona ens dóna una idea del valor del diner a l'època. Un dinar per a una persona, incloent sopa, tall, pa i una copa de vi, costava 1,65 rals. Un parell de sabates costava 16 rals, i uns pantalons de feina podien adquirir-se per 24 rals. El salari d'un treballador mitjà en una fàbrica era de 8 rals diaris, o uns 2.500 rals anuals. Així doncs, el capital de 2.000 duros que es va aconseguir en la primera ronda de finançament per al submarí equivalia a un dinar por a 25.000 persones, o setze vegades el salari anual d'un treballador d'una fàbrica. El total invertit en el projecte del submarí al llarg de tot el procés -uns 100.000 duros- era una suma enorme des de qualsevol punt de vista. S'haurien pogut comrar unes quantes fragates per a la marina. 160 quilos d'or, o 125.000 parells de sabates.

Nuevo Vulcano era una de les companyies més grans i potents de la nova economia capitalista de Barcelona. Havia avarat el primer vaixell de vapor de la ciutat el 1836, i les seves drassanes dominaven tota la zona de l'extrem de la península que s'estén des de la ciutat de Barcelona i que inclou el barri de la Barceloneta. Formava part d'un nova classe selecta de societats anònimes catalanes. Tradicionalment, les empreses catalanes eren empreses familiars, on solien treballar tots els membres de la família. Amb el creixement econòmic, però, les exigències de capital d'algunes indústries superaven la capacitat financera (i reproductiva) d'una família. Així doncs, alguns membres capdavanters de la burgesia barcelonina van aplegar recursos i van crear nous bancs, que al seu torn organitzaven el finançament de noves societats anònimes. Va ser un pas decisiu per a la creació d'una economia capitalista moderna, sofisticada i tenaç. El món de Nuevo Vulcano, en altres paraules, estava tan lluny del comunisme utòpic com era d'esperar.

Però Monturiol només pensava en el submarí. Li calia una drassana per construir el vaixell, i Nuevo Vulcano era l'única empresa amb unes instal·lacions adequades a les seves inusuals necessitats. La lògica del somni el va empènyer als braços envolupants de l'establishment. I aquesta no seria la darrera vegada que la seva ambició submarina el duria a abraçar l'statu quo. Aleshores no podia saber fins a quin punt aquelles martingales comprometrien la puresa de la seva visió utòpica.

Per acabar d'arrodonir aquella juxtaposició, l'equip que Monturiol va reunir perquè l'ajudés a realitzar la seva obra en la drassana capitalista s'assemblava sospitosament a una banda de revolucionaris comunistes -que, de fet, era el que havien estat. Al seu costat tenia el seu amic inseparable, Martí Carlé. També hi havia Josep Oliu, el soci de Monturiol en el negoci dels cartipassos i patrocinador de molts periòdics revolucionaris, i Francesc Sunyer i Capdevila, l'amanuense de Monturiol per a les publicacions subversives dictades des de l'estranger. Com a capatàs per a la construcció del submarí, Monturiol va confiar en un barceloní, Josep Missé, un mestre d'aixa, un artesà que solia fer vaixells per a pescadors.

Cada dia, Monturiol s'enfilava a les grues i serres de la drassana per inspeccionar i supervisar la construcció de la màquina somiada. Resultava fins i tot una mica molest. A banda d'exigir la perfecció en cada detall, com solia fer, insistia també perquè les condicions dels treballadors a la drassana fossin agradables i fins i tot alegres. Fidel al seu credo utopista, estava convençut que tots els conflictes -sobre pauses per al descans o baixes per malaltia- podien solucionar-se si tothom creia en la causa comuna i mostrava una mica d'amor fraternal.

A mesura que el submarí anava creixent, també creixia la seva fam de diners. Monturiol intentava trobar nous accionistes i aconseguir noves aportacions dels accionistes inicials. Alguns d'ells eren veritables admiradors, disposats a subvencionar els nobles somnis del seu amic. Però la majoria eren simples inversors de mentalitat oberta, als quals divertia sens dubte l'entusiasme de l'inventor, però que també esperaven que la inversió els acabés generant algun
benefici. En qualsevol cas, els diners van anar, arribant, fins a assolir l'espectacular xifra de 20.000 duros per al primer submarí, o el que és el mateix, deu vegades el capital inicial de la societat promotora per al submarí. Monturiol va abocar els diners a la seva creació, que poc a poc va anar prenent forma, una forma meravellosa.“

"El somni de Monturiol", Matthew Stewart, GRAÓ Editorial, Barcelona 2009

Regeneración de la atmósfera interior del Ictíneo II

LA ATMÓSFERA ICTÍNEA.-

Aunque navegando por la superficie respira la tripulación el aire natural, que entra por la escotilla de acceso á la cámara, se dispone sin embargo de chimeneas de ventilación y refresco, que en combinación con el ventilador de la caldera, producen una renovación continua del aire.

Generador de oxígeno.

En E (figura 1, lamina 1.ª) está la entrada de aire de proa que se abre y cierra por válvula plana desde dentro.

En E1 está la de popa, con pequeña variación en los órganos de cierre.

Como el ventilador T absorbe el aire de los dos extremos de la camara, para inyectarlo en el hogar de la caldera, va continuamente acudiendo aire fresco por los mentados orificios, aunque la escotilla central esté herméticamente cerrada. Cuando estas entradas de aire se cierran, sustituye en seguida al aire natural, el artificial generado en la misma cámara.

Sólo dos aparatos constituyen el material mecánico que desempeña esta importante función de la nave submarina. El generador de oxígeno y el purificador.

En la sección popel van ambos aparatos, funcionando el generador de oxígeno sólo cuando no está en marcha el motor submarino.

Purificador del aire, en donde se absorbe el CO2.

El detalle de este generador está en la lámina, 3, figura 1.ª. Dentro de la pequeña retorta d se pone el paquete b que contiene el clorato de potasa y el combustible á favor de cuyo calor se desprende el oxígeno. Después de haber recibido una presión de dos atmósferas en la cámara G, sale el oxígeno por la espita e que por un tubo es conducido al aparato purificador.

Componen este aparato; una caja R (figuras 1 y 2, lámina 1.ª) una tubería R2 que parte de la, caja y va hasta el mirador de proa; un ventilador T, y un bombillo R3. Como la purificación del aire sólo es necesaria en la sumersión, se utiliza el ventilador T cuando se navega por la superficie para inyectar aire al hogar de la caldera en que se quema carbón aplicándole el tubo móvil T1.

Al funcionar el purificador, se encarga el ventilador de provocar una corriente de aire, tomándola de la caja R y ésta á su vez de proa por el caño R2. Al llegar este aire á la caja recibe un chorro líquido alcalino inyectado por la bomba R3 que lo aspira del fondo de la misma caja R, mezclándose íntimamente con el aire, que absorbido por el ventilador lo restituye purificado á la cámara.

Cuando funciona el motor submarino, como el oxígeno se produce en la misma caldera de vapor, se dirige en el depósito G donde se lava pasando luego al purificador.

VENTILACIÓN Y PURIFICACIÓN DE LA ATMÓSFERA.-

En la popa del actual Ictíneo, hay un ventilador que por un largo tubo de 20 centímetros de diámetro, aspira el aire de proa y determina una corriente constante que recibe un chorro muy dividido de agua alcalina y de oxígeno purificado y oloroso.

Constituyen los órganos de purificación: 1.º, un ventilador de 50 centímetros de diámetro; 2.º, una bomba de agua; 3.º, un generador de oxígeno; 4.º, un ancho tubo de conducción de aire; 5.º, un aljibe de agua alcalina.

La corriente de aire es de 5 metros por segundo; la sección del tubo soplador es de 0m20925; la cámara ictínea contiene un espacio libre de unos 28m3; por lo tanto, el aire de la cámara puede pasar catorce veces, en una hora, por el chorro alcalino, en el cual necesariamente ha de dejar todo el ácido carbónico que contenga.

Hasta ahora, que yo sepa, no ha sido posible dar una expresión analítica exacta de los efectos de los ventiladores, á causa de no poder valorar las resistencias que experimenta el aire, desde el instante que es aspirado, pasa por las alas y es expelido: la fórmula que yo uso es 3/4 de la velocidad de las alas multiplicada por la sección del tubo de salida y por el tiempo; da por producto la cantidad de aire arrojado por el ventilador.

GENERADOR DE OXÍGENO.-

Consiste: 1.º, en un cilindro proporcionado al número de tripulantes, armado de una tapa que se cierra por medio de una brida; 2.º, en una caja de purificación que contiene en su interior un líquido alcalino y una rueda de palas, cuyo movimiento mezcla el líquido con el gas, con objeto de purificarlo; 3.º, en un manómetro para saber la presión que se desarrolla dentro del cilindro. En el complemento al capítulo Respiración, se habla de las sustancias que generan el oxígeno.

"Ensayo sobre el arte de navegar por debajo del agua", escrito por el inventor del Ictíneo o Barco-pez Narciso Monturiol.

Visión exterior y alumbrado en el Ictíneo

VISIÓN EXTERIOR Y ALUMBRADO.-

Los miradores que hemos citado al describir el barco, y que ascienden á 19, están convenientemente distribuídos para dominar toda la sección proel y popel, que puedan interesar á la tripulación del Ictíneo.

La sección superior, está iluminada exteriormente por un farol J, (figura 1, lámina 1.ª), de luz oxhídrica, giratorio. Éste ilumina con bastante claridad la proa del Ictíneo, creyendo, con fundamento, que habría bastado á iluminar los útiles dedicados á la extracción del coral.
En proa, hacia abajo por estribor, y en popa, hacia arriba por babor, hay otros dos faroles oxhídricos también, pero fijos.

El superior de proa, está compuesto de una caja cónico-esférica, cerrado por un cristal de igual dimensión y clase que los de los miradores. Componen la lámpara, un mechero de doble conducto, figura 9, lámina 3.ª), el soporte del sólido c, y un reflector. Estos órganos son solidarios de un tubo de quita y pon, que permite arreglar convenientemente la posición respectiva del mechero, dentro de la cámara. Un sencillo movimiento de un sin fin hace á voluntad girar el farol alrededor de su eje.

El oxígeno se toma del depósito T, ó del generador de este gas, y el hidrógeno, desde el depósito J1 de popa, donde está comprimido, corre por un tubo exterior hasta el farol.

La iluminación interior de la cámara, se ha hecho siempre por velas de esperma.

"Ensayo sobre el arte de navegar por debajo del agua", escrito por el inventor del Ictíneo o Barco-pez Narciso Monturiol.