# Capítulo I.

# LA MÁQUINA DE VAPOR.

¿Qué es el vapor?—La energía mecánica del vapor—La caldera—La circulación del agua en una caldera—El hogar cerrado—La caldera multitubular—Calderas tubulares—Otros tipos de calderas—Elementos auxiliares de la combustión—Accesorios de la caldera—La válvula de seguridad—El indicador de nivel de agua—El manómetro—La alimentación de agua a una caldera.

¿QUÉ ES STEAM?

Si el hielo se calienta por encima de los 32° Fahrenheit, sus moléculas pierden su cohesión y se mueven libremente unas alrededor de otras; el hielo se convierte en agua.

Si se calienta el agua por encima de los 212° Fahrenheit, las moléculas exhiben una violenta repulsión mutua y, como abejas dormidas avivadas por el sol de primavera, se separan y se lanzan de un lado a otro.

Si se confinan en un recipiente hermético, las moléculas ven limitados sus vuelos y golpean cada vez con más violencia contra las paredes de su prisión, de modo que cada pulgada cuadrada del recipiente queda sometida a una presión creciente.

Podemos comparar la acción de las moléculas de vapor con la de las balas disparadas por una ametralladora contra una placa montada sobre un resorte. Cuanto más rápido vinieran las balas, mayor sería la compresión continua del resorte.

LA ENERGÍA MECÁNICA DEL VAPOR.

Si se deja entrar vapor en un extremo de un cilindro detrás de un pistón hermético pero de movimiento libre, este bombardeará las paredes del cilindro y el pistón; y si el empuje combinado de las moléculas en un lado de este último es mayor que la resistencia en el otro lado que se opone a su movimiento, el pistón tendrá que moverse.

Habiendo obtenido así en parte su libertad, las moléculas se vuelven menos activas y no se agitan con tanta fuerza. La presión sobre el pistón disminuye a medida que este se mueve. Pero si el pistón fuera empujado de regreso a su posición original contra la fuerza del vapor, la actividad molecular —es decir, la presión— se restablecería.

Aquí estamos asumiendo que no ha pasado calor a través del cilindro o del pistón y se ha irradiado al aire; ya que cualquier pérdida de calor significa pérdida de energía, puesto que el calor es energía.

LA CALDERA.

La combustión del combustible en un horno hace que las paredes del mismo se pongan calientes, lo que significa que las moléculas de la sustancia que forma las paredes entran en una agitación violenta.

Si las paredes son lo que se denomina «buenos conductores» del calor, transmitirán dicha agitación a través de ellas a cualquier sustancia circundante. En el caso de la estufa doméstica ordinaria, esto es el aire, que a su vez se agienta o se calienta.

Una caldera de vapor tiene las paredes del horno rodeadas de agua, y su función es transmitir el movimiento molecular (calor o energía) a través de las planchas del horno hasta el agua, hasta llegar al punto en que se genera vapor.

A la presión atmosférica —es decir, si no está confinada de ningún modo—, el vapor ocuparía 1.610 veces el espacio que sus moléculas ocupaban en su formación acuosa.

Si sellamos la caldera de modo que no sea posible ningún escape para las moléculas de vapor, su movimiento se vuelve cada vez más rápido y se desarrolla presión debido a su golpeteo contra las paredes de la caldera.

Teóricamente no hay límite en cuanto a la presión que se puede alcanzar, siempre que se transmita suficiente energía de combustión de combustible al agua en vaporización.

Para generar vapor en grandes cantidades debemos emplear un combustible que desarrolle un gran calor en proporción a su peso, que se consiga fácilmente y que sea barato.

El carbón cumple todas estas condiciones. De los 800 millones de toneladas que se extraen anualmente en todo el mundo, 400 millones de toneladas se queman en los hogares de las calderas de vapor.

Una buena caldera debe ser: (1) Lo suficientemente fuerte como para soportar presiones mucho mayores que aquella a la que trabaja; (2) estar diseñada de tal modo que queme su combustible con el máximo provecho.

Aun en las calderas mejor diseñadas, una gran parte del calor de combustión se pierde por la chimenea, mientras que otra proporción se irradia desde la caldera. El profesor John Perry¹ considera que este desperdicio asciende, en las mejores condiciones obtenibles en la actualidad, a once doceavas partes del total.

Tenemos que quemar carbón por valor de un chelín para capturar la energía almacenada en un penique. Sin embargo, la máquina de vapor actual es tres o cuatro veces más eficiente que la máquina de hace cincuenta años. Esto se debe a mejoras radicales en el diseño de las calderas y de la maquinaria que convierte la energía térmica del vapor en movimiento mecánico.

CIRCULACIÓN DEL AGUA EN UNA CALDERA.

If you place a pot filled with water on an open fire, and watch it when it boils, you will notice that the water heaves up at the sides and plunges down at the centre.

This is due to the water being heated most at the sides, and therefore being lightest there. The rising steam-bubbles also carry it up. On reaching the surface, the bubbles burst, the steam escapes, and the water loses some of its heat, and rushes down again to take the place of steam-laden water rising.

Si el fuego es muy intenso, pueden subir burbujas de vapor desde todos los puntos del fondo e impedir las corrientes descendentes (Fig. 1). La olla entonces "hierve y se desborda".

La fig. 2 muestra un método para prevenir este inconveniente. Introducimos en nuestra olla un recipiente de diámetro algo menor, con un orificio en el fondo, dispuesto de tal manera que deje un espacio libre a su alrededor entre este y la olla. Las corrientes ascendentes quedan así separadas por completo de las descendentes, y se puede forzar el fuego mucho más que antes sin que el agua se derrame. Este dispositivo tan sencillo es la base de muchos ingenios para producir la libre circulación del agua en las calderas de vapor.

Podemos seguir fácilmente el proceso de desarrollo. En la fig. 3 vemos un tubo en U simple que pende de un recipiente con agua. Se aplica calor al ramal izquierdo y se inicia de inmediato una circulación constante.

Con el fin de aumentar la superficie de calefacción, podemos prolongar el ramal calentado formando una larga pendiente (fig. 4), bajo la cual se colocan tres lámparas en lugar de una sola. La dirección de la circulación es la misma, pero su velocidad aumenta.

Una mejora adicional resulta de aumentar el número de tubos (Fig. 5), manteniéndolos todos inclinados, de modo que el agua caliente y el vapor puedan ascender libremente.

EL HORNILLO CERRADO.

Aun así, gran parte del calor se escapa. En una caldera de vapor, el combustible enardecido está encerrado ya sea por ladrillos refractarios o por una «camisa de agua», que forma parte de la caldera. Una camisa de agua designa un doble revestimiento de placas metálicas con un espacio entre ellas, el cual está lleno de agua (véase la Fig. 6). El fuego queda ahora encerrado de manera muy similar a como lo está en una cocina económica. Pero nuestra caldera no debe ser tan despilfarradora de calor como lo es ese útil artefacto doméstico. En su camino hacia la chimenea, las llamas y los gases calientes deben actuar sobre una superficie muy grande, de metal u otro material, que esté en contacto con el agua de la caldera, con el fin de ceder una proporción adecuada de su calor.

LA CALDERA TUBULAR.

Para ahorrar espacio, las calderas que tienen que generar vapor muy rápidamente y a altas presiones se componen en gran medida de tubos. Tales calderas las denominamos multitubulares. Son de dos clases: (1) Calderas acuotubulares, en las cuales el agua circula a través de tubos expuestos al calor del hogar. La caldera Babcock y Wilcox (Fig. 7) es típica de esta variedad. (2) Calderas pirotubulares, en las cuales los gases calientes pasan a través de tubos rodeados de agua. La caldera de locomotora ordinaria (Fig. 6) ilustra esta forma.

La caldera Babcock y Wilcox es de uso muy extendido en minas, centrales eléctricas y, en una forma modificada, a bordo de los barcos. Consta de dos partes principales: (1) Un tambor, H, en cuya parte superior se acumula el vapor; (2) un grupo de tubos dispuestos según el principio ilustrado por la Fig. 5. La caldera se asienta sobre un bastidor rectangular de ladrillos refractarios. En un extremo se encuentra la puerta del hogar; en el otro, la salida hacia la chimenea. Desde el hogar F, las llamas y los gases calientes ascienden alrededor del extremo superior de los tubos inclinados TT hacia el espacio A, donde inciden sobre la superficie inferior de H antes de descender nuevamente entre los tubos hacia el espacio B. Aquí la temperatura es menor. Las flechas indican trayectos adicionales hacia arriba, al espacio C a la derecha de un tabique de ladrillo refractario, y pasando por los tubos de bajada SS hacia D, desde donde los gases calientes encuentran salida hacia la chimenea a través de la abertura E. Se observará que el mayor calor se concentra sobre los tubos TT cerca de su unión con UU, los tubos de "ascenso" (uptake); y que cada paso sucesivo de las tuberías acerca los gases, que se van enfriando gradualmente, a los tubos de "descenso" (downtake) SS.

Los tubos TT se cepillan y raspan fácilmente tras la retirada de los tapones de los «colectores» en los que se ensanchan los extremos de los tubos.

Otras calderas acuotubulares bien conocidas son la Yarrow, la Belleville, la Stirling y la Thorneycroft, todas ellas utilizadas para accionar motores marinos.

CALDERAS PIROTUBULARES.

La Fig. 6 muestra una caldera de locomotora en sección. A la derecha está el hogar, rodeado por todos lados por una camisa de agua en comunicación directa con el cuerpo cilíndrico de la caldera.

La cubierta interior del hogar suele ser de cobre, que resiste el calor intenso mejor que el acero; la exterior, al igual que el resto de la caldera, es de planchas de acero de entre ½ y ¾ de pulgada de espesor. Las paredes de la camisa están arriostradas entre sí por una gran cantidad de remaches, RR; y la parte superior, o techo, está reforzada por pesadas vigas longitudinales remachadas a ella, o bien está sujeta a la parte superior de la caldera mediante pernos largos.

Un gran número de tubos de fuego (en el diagrama solo se muestran tres por razones de simplicidad) se extienden desde el hogar hasta la caja de humos. Las locomotoras estadounidenses "mammoth" más potentes tienen 350 tubos o más, los cuales, junto con el hogar, proporcionan 4000 pies cuadrados de superficie sobre los cuales actúa el calor del horno. Estos tubos se ensanchan en sus extremos mediante una herramienta especial en las placas tubulares del hogar y del frente de la caldera.

George Stephenson y sus predecesores experimentaron una gran dificultad para lograr que las juntas de los extremos de los tubos fueran completamente estancas al agua, pero la invención del "mandril expansor" ha eliminado este problema.

El arco de ladrillo refractario mostrado (Fig. 6) en la caja de fuego se utiliza para desviar las llamas hacia la parte posterior de la caja de fuego, de modo que los gases calientes se retarden un tanto y su combustión sea más perfecta. También ayuda a distribuir el calor de manera más uniforme por todo el interior de la caja y evita que el aire frío se dirija directamente desde la puerta de carga hacia los tubos.

En algunas locomotoras americanas y continentales, el arco de ladrillo refractario es reemplazado por un "puente de agua", que cumple la misma función, a la vez que proporciona una superficie de calefacción adicional.

La circulación del agua en una caldera de locomotora es: ascendente en el extremo del hogar, donde el calor es más intenso; hacia adelante a lo largo de la superficie; descendente en el extremo de la caja de humos; hacia atrás a lo largo del fondo del cuerpo cilíndrico.

OTROS TIPOS DE CALDERAS.

Para los motores terrestres fijos pequeños, la caldera vertical es muy utilizada.

En la Fig. 8 tenemos tres formas de este tipo: A y B con tubos de agua cruzados; C con tubos de humo verticales. El hogar en todos los casos está rodeado de agua y se alimenta a través de una puerta en un lateral.

La caldera Lancashire es de gran tamaño. Tiene una carcasa cilíndrica, que mide hasta 30 pies de longitud y 7 pies de diámetro, atravesada de un extremo a otro por dos grandes tubos de humo, en cuya parte posterior están situados los hogares.

La caldera está fija sobre un lecho de ladrillos refractarios, construido de manera que forma tres conductos, A y BB, que se muestran en sección transversal en la Fig. 9.

Los gases de la combustión, después de salir de los dos conductos del hogar, son desviados hacia abajo al canal A, por el cual pasan por debajo de la caldera hasta un punto casi debajo del hogar, donde se dividen a derecha e izquierda y viajan a través de pasajes transversales hacia los canales laterales BB, para ser conducidos a lo largo de los flancos de la caldera hasta la salida de la chimenea C.

Mediante esta disposición, la superficie calefactora eficaz aumenta considerablemente; y al ser los conductos grandes, el tiro natural suele ser suficiente para mantener una combustión adecuada.

La caldera Lancashire se usa mucho en las fábricas y (en una forma modificada) en los barcos, ya que es una generadora de vapor estable y se mantiene fácilmente en buen estado.

En las calderas marinas de forma cilíndrica se emplean a menudo tubos de agua cruzados y tubos de fuego para aumentar la superficie de calefacción. Los tubos de retorno también se conducen a través del agua hacia las chimeneas, situadas en el mismo extremo que el hogar.

AYUDAS A LA COMBUSTIÓN.

Podemos ahora dirigir nuestra atención más particularmente al proceso químico llamado combustión, del cual depende una caldera para obtener su calor. El carbón de vapor ordinario contiene aproximadamente un 85 por ciento de carbono, un 7 por ciento de oxígeno y un 4 por ciento de hidrógeno, además de trazas de nitrógeno y azufre y un pequeño residuo incombustible. Cuando el carbón se quema, el nitrógeno se libera y se disipa sin combinarse con ninguno de los otros elementos. El azufre se une con el hidrógeno y forma sulfuro de hidrógeno (también llamado ácido sulfuroso), el cual es perjudicial para las placas de acero y es en gran parte responsable del deterioro de los tubos y las chimeneas. Más hidrógeno se une con el oxígeno en forma de vapor.

El elemento más importante del carbón es el carbono (conocido químicamente por el símbolo C). Su combinación con el oxígeno, llamada combustión, es el acto que calienta la caldera. Solo cuando el carbono presente se ha combinado con la mayor cantidad posible de oxígeno que aceptará en su asociación se completa la combustión y se desarrolla todo el valor térmico (fijado mediante experimentos científicos en 14.500 unidades térmicas por libra de carbono).

Ahora bien, el carbono puede unirse con el oxígeno, átomo por átomo, y formar monóxido de carbono (CO); o bien en la proporción de un átomo de carbono a dos de oxígeno, y formar dióxido de carbono (CO₂). El primer gas es combustible —es decir, admitirá otro átomo de carbono en la molécula—, pero el segundo está saturado de oxígeno y no arde, o, dicho de otro modo, es el producto de una combustión perfecta.

Un horno diseñado adecuadamente, provisto de la cantidad debida de aire, hará que casi todo el carbono del carbón quemado se combine con la cantidad total de oxígeno. Por otra parte, si el suministro de oxígeno es insuficiente, se formará tanto CO como CO₂, y habrá una pérdida de calor, equivalente en casos extremos a dos terceras partes del total.

Por consiguiente, es necesario que un horno que ha de consumir combustible a gran velocidad sea alimentado artificialmente con aire en la proporción de 12 a 20 libras de aire por cada libra de combustible. Hay dos métodos para crear una corriente de aire violenta a través del horno. El primero es—

El tiro forzado; ejemplificado de manera muy sencilla por el fuelle común que se usa en todas las casas.

En un buque (Fig. 10) el principio se desarrolla de la siguiente manera:—Las calderas están situadas en un compartimento o compartimentos que no tienen comunicación con el aire exterior, excepto por los conductos por los cuales el aire es forzado mediante potentes ventiladores a una presión considerablemente mayor que la de la atmósfera.

Solo hay una "salida", a saber: a través del hogar y los tubos (o pasos de gas) de la caldera, y la chimenea. Así que a través de estos se precipita, elevando el combustible al rojo blanco.

Como puede imaginarse fácilmente, la temperatura de una cámara de calderas, especialmente en los trópicos, dista mucho de ser agradable. En el mar Rojo el termómetro a veces sube a 170° Fahrenheit o más, y los pobres fogoneros lo pasan muy mal.

El segundo sistema es el de la tiro inducido. Aquí el aire es aspirado a través del hogar mediante la creación de un vacío en la chimenea y en una cámara que desemboca en ella.

Pasando a la Fig. 6, vemos un tubo a través del cual el vapor de escape de los cilindros de la locomotora es lanzado hacia arriba dentro de la chimenea, en la cual, y en la caja de humos situada debajo de ella, se forma un fuerte vacío mientras la máquina está en marcha.

Ahora bien, «la naturaleza aborrece el vacío», por lo que el aire entrará en la caja de humos si hay un camino abierto. Lo hay: a través de las portezuelas de aire en la parte inferior del hogar, el hogar mismo y los tubos de fuego; y en el trayecto el oxígeno se combina con el carbono del combustible para formar dióxido de carbono.

La potencia del tiro es tan grande que, como se observa a menudo cuando pasa un tren durante la noche, las cenizas al rojo vivo, arrancadas de la caja de fuego y arrastradas a través de los tubos, son lanzadas lejos en el aire.

Cabe mencionar entre paréntesis que el llamado «humo» que sale a chorros de la chimenea de una máquina en movimiento es principalmente vapor en condensación.

Un barco de vapor, por otra parte, expulsa humo únicamente por sus chimeneas, ya que el agua dulce es demasiado valiosa para desperdiciarla en forma de vapor. Nos referiremos a esto más adelante (p. 72).

ACCESORIOS DE CALDERAS.

Los accesorios más importantes de una caldera son:—(1) la válvula de seguridad; (2) el indicador de nivel de agua; (3) el manómetro; (4) los mecanismos para alimentarla con agua.

LA VÁLVULA DE SEGURIDAD.

El profesor Thurston, eminente autoridad en máquinas de vapor, ha estimado que una caldera cilíndrica ordinaria que soporta una presión de 100 libras por pulgada cuadrada contiene suficiente energía almacenada como para lanzarla por los aires a una altura vertical de 3 millas y media.

En el caso de una caldera Lancashire a igual presión, la distancia sería de 2 millas y media; la de una caldera de locomotora, a 125 libras, de milla y media; y la de una caldera tubular de vapor, a 75 libras, de 1 milla.

Según el mismo autor, un pie cúbico de agua caliente bajo una presión de 60 a 70 libras por pulgada cuadrada tiene aproximadamente la misma energía que una libra de pólvora.

El vapor es un buen criado, pero un amo terrible. Debe mantenerse bajo estricto control.

Por muy resistente que sea una caldera, estallará si la presión del vapor en su interior se eleva hasta cierto punto; por lo tanto, debe instalarse en ella algún dispositivo que dé al vapor una salida libre antes de que se alcance dicho punto.

Un dispositivo de este tipo se denomina válvula de seguridad. Por lo general, se descarga a menos de la mitad de la presión máxima que la caldera ha demostrado por experiencia ser capaz de soportar.

En principio, la válvula de seguridad designa un orificio cerrado por un tapón de ajuste preciso, el cual es presionado contra su asiento en la parte superior de la caldera por medio de una palanca con peso, o por un muelle. Tan pronto como la presión del vapor sobre la cara del tapón supera la fuerza contraria del peso o del muelle, el tapón se levanta y el vapor escapa hasta que se restablece el equilibrio de las fuerzas opuestas.

En las máquinas fijas se emplea comúnmente una válvula de seguridad de palanca (Fig. 11). El punto de escape se puede variar desplazando el peso a lo largo del brazo para proporcionarle mayor o menor palanca. En las calderas de locomotoras y marinas, donde hay que contar con sacudidas y movimientos, los pesos se reemplazan por resortes, ajustados a una cierta tensión y asegurados para que no puedan ser manipulados.

Las calderas se prueban llenándolas casi por completo y (1) calentando el agua, la cual se dilata ligeramente, pero con gran presión; (2) introduciendo agua adicional a la fuerza mediante una bomba potente. En cualquiera de los casos, una rotura no vendría acompañada de una explosión, ya que el agua es muy poco elástica.

Los días en que un ingeniero podía «sentarse sobre las válvulas» —es decir, apretarlas a fondo— para obtener mayor presión ya han quedado atrás, y con ellos una parte considerable de los peligros del vapor a alta presión.

La Ley de Fábricas de 1895, vigente en todas las islas británicas, estipula que toda caldera destinada a generar vapor en una fábrica o taller donde sea aplicable la ley debe contar con una válvula de seguridad, un manómetro de vapor y un indicador de nivel de agua adecuados; y que las calderas y sus accesorios deben ser inspeccionados por una persona competente al menos una vez cada catorce meses.

El incumplimiento de estas disposiciones hace que el propietario de una caldera se arriesgue a sufrir fuertes sanciones en caso de que se produzca una explosión.

Una de las explosiones más desastrosas de las que se tiene registro tuvo lugar en lasacerías de Redcar, en Yorkshire, en junio de 1895. En este caso, doce de quince calderas dispuestas una al lado de la otra estallaron debido a que una resultó ser demasiado débil para su trabajo. Los fragmentos voladores de esta caldera, al golpear los costados de las demás, las hicieron explotar, y así el daño se transmitió a lo largo de la línea.

Veinte hombres resultaron muertos y heridos; mientras que masas de metal, de varias toneladas cada una, fueron lanzadas a 250 yardas de distancia y causaron daños generalizados.

Lo siguiente está tomado de un diario, con fecha del 22 de diciembre de 1895: "Providence (Rhode Island).—Una profecía reciente según la cual una caldera estallaría entre el 16 y el 24 de diciembre en un establecimiento ha afectado gravemente al comercio navideño. Los compradores están increíblemente nerviosos. Un establecimiento anuncia: «No se usan calderas; ascensores de funcionamiento eléctrico». Todos los establecimientos han hecho inspeccionar sus calderas."

EL NIVEL DE AGUA

Ningún ajuste de una caldera es más importante que el indicador de nivel de agua (water-gauge), que muestra el nivel en el que se encuentra el agua. El maquinista debe consultar continuamente su indicador, pues si el agua baja demasiado, las tuberías y otras superficies expuestas a las llamas del hogar pueden quemarse, con resultados desastrosos; mientras que, por otra parte, un exceso de agua provocará una mala generación de vapor.

Una sección de un indicador ordinario se ve en la Fig. 12. Consta de dos partes, cada una provista de un prensaestopas (gland), G, para hacer una junta estanca al vapor alrededor del tubo de vidrio, el cual se introduce a través del orificio cubierto por el tapón P¹. Las llaves T¹ T² están normalmente abiertas, permitiendo la entrada de vapor y agua, respectivamente, al tubo. La llave T³ se mantiene cerrada a menos que por alguna razón sea necesario purgar vapor o agua a través del indicador. Los orificios C C se pueden limpiar si se retiran los tapones P² P³.

La mayoría de los indicadores de las calderas de alta presión tienen una pantalla de vidrio grueso en la parte delantera, de modo que en caso de romperse el tubo, el vapor y el agua no salgan disparados directamente hacia los operarios.

Una precaución adicional consiste en incluir dos válvulas de bola cerca de los extremos del vidrio indicador. En condiciones normales, las bolas reposan en cavidades fuera de los conductos; pero cuando se produce una salida repentina de vapor o agua, son succionadas hacia sus asientos y bloquean toda salida.

En muchas calderas se instalan dos indicadores de nivel de agua, ya que cualquiera de ellos puede funcionar mal en ocasiones. Los tubos de vidrio se prueban a una presión de 3000 libras o más por pulgada cuadrada antes de su uso.

EL MANÓMETRO.

Es de la mayor importancia que la persona a cargo de una caldera sepa qué presión ha alcanzado el vapor. Por lo tanto, toda caldera está equipada con un manómetro; muchas con dos, no sea que uno resulte poco fiable. Hay dos tipos principales de manómetros: (1) El Bourdon; (2) el Schäffer-Budenberg. El principio del Bourdon se ilustra en la Fig. 13, en la que A es un trozo de tubo de goma cerrado por un extremo y por el otro ajustado a la boquilla de un inflador de neumáticos de bicicleta. Si se curva como se muestra, la sección del tubo es un óvalo. Cuando se bombea aire, las paredes de goma intentan adoptar una sección circular, porque esta forma encierra un área mayor que un óvalo de igual circunferencia y, por lo tanto, deja espacio para un mayor volumen de aire. Al hacerlo, el tubo se endereza y adopta la posición indicada por las líneas de puntos. Cuelgue una «cámara» vacía de un neumático de bicicleta de un clavo e ínflela, y obtendrá una buena ilustración del principio.

En la Fig. 14 tenemos un manómetro de Bourdon, con una parte de la esfera rota para mostrar el mecanismo interno.

T es un tubo metálico aplastado, soldado por un extremo a una pieza fundida hueca, en la que se rosca una llave conectada con la caldera. El otro extremo (cerrado) está unido a una biela, L, que acciona el brazo de una cremallera en sector, R, la cual engrana con un pequeño piñón, P, que acciona el indicador.

A medida que la presión del vapor aumenta, el tubo T desplaza su extremo libre hacia afuera, hacia la posición mostrada por las líneas de puntos, y recorre el brazo de la cremallera, desplazando así el indicador alrededor de la escala. A medida que la presión desciende, el tubo regresa gradualmente a su posición de cero.

El manómetro de Schäffer-Budenberg basa su funcionamiento en la elasticidad de una placa metálica delgada y ondulada, sobre una de cuyas caras ejerce presión el vapor. A medida que la placa se abomba hacia arriba, empuja una pequeña varilla apoyada en ella, la cual acciona un cuadrante y una cremallera similares a los del manómetro Bourdon. Este principio se emplea en otra forma para el barómetro aneroide (p. 329).

EL SUMINISTRO DE AGUA A UNA CALDERA.

El agua del interior de una caldera se mantiene en un nivel adecuado mediante (1) bombas o (2) inyectores. Las primeras se utilizan más comúnmente en calderas estacionarias y marinas. Como su mecanismo es muy similar al de las bombas impelentes ordinarias, que se describirán en un capítulo posterior, podemos pasar directamente al inyector, hoy en día de uso casi universal en las calderas de locomotoras y, a veces, en las estacionarias.

A primera vista, el inyector es una paradoja mecánica, ya que emplea el vapor de una caldera para introducir agua a presión en la misma caldera. En la Fig. 15 tenemos una ilustración del principio de un inyector. El vapor se conduce desde la caldera a través de la tubería A, que termina en una boquilla rodeada por un cono, E, conectado mediante la tubería B con el tanque de agua.

Cuando se abre el paso del vapor, este sale a una velocidad inmensa por la boquilla y crea un vacío parcial en el cono E, el cual no tardará en llenarse de agua. Al encontrarse con el agua, el vapor se condensa, pero no sin antes haber impartido parte de su velocidad al agua, la cual adquiere así el momento suficiente para forzar la válvula y abrirse paso hacia la caldera. El espacio de rebosamiento O O entre E y C permite que el vapor y el agua escapen hasta que el agua haya adquirido el momento necesario.

Una forma de inyector muy utilizada es la de Giffard (Fig. 16). Se permite la entrada de vapor abriendo la válvula V mediante rosca. Al salir disparado a través de la boquilla del cono A, arrastra agua y la proyecta hacia el «cono mezclador» B, el cual puede subirse o bajarse mediante el piñón D (accionado por la rueda de mano que se muestra) para así regular la cantidad de agua admitida en B. En el centro de B hay una abertura, O, que comunica con el rebose. El agua pasa a la caldera a través de la válvula situada a la izquierda.

Se observará que el cono A y la parte de B situada por encima del orificio O se estrechan hacia abajo. Esto sirve para convertir la presión del vapor en velocidad. Debajo de O se encuentra un cono cuyo diámetro aumenta hacia abajo. Aquí, la velocidad del agua se vuelve a convertir en presión en obediencia a una conocida ley hidromecánica.

Un inyector no funciona bien si el agua de alimentación está demasiado caliente para condensar el vapor rápidamente; y puede tomarse como regla que, cuanto más templada está el agua, menor es la cantidad de esta que es inyectada por un peso dado de vapor.

Algunos inyectores tienen válvulas de clapeta que cubren el orificio de rebose, para evitar que entre aire por succión y sea llevado a la caldera.

Cuando un inyector recibe un golpe repentino, como el producido por el paso de una locomotora sobre unos desvíos, es propenso a «desencaminarse» —es decir, a detenerse momentáneamente— y a enviar entonces el vapor y el agua a través del rebosadero.

Si esto ocurre, deben cortarse tanto el vapor como el agua, y volver a poner en marcha el inyector; a menos que sea de la variedad autoarrancable, que regula automáticamente la admisión de agua al «cono mezclador» y permite que el inyector se «cebe» por sí solo.

Por motivos de economía, una parte del vapor expulsado de los cilindros de una locomotora se utiliza a veces para hacer funcionar un inyector, el cual transfiere el agua, a una presión de 70 libras por pulgada cuadrada, a un segundo inyector operado por vapor de alta presión procedente directamente de la caldera, lo cual aumenta su velocidad lo suficiente como para superar la presión de la caldera. En este caso, solo se requiere una fracción del peso del vapor de alta presión para inyectar un peso determinado de agua, en comparación con el empleado en un inyector de una sola etapa.

# Capítulo II.

# LA CONVERSIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA EN MOVIMIENTO MECÁNICO.

Motores alternativos—Motores de doble cilindro—La función del volante de inercia—El cilindro—La válvula corredera—El excéntrico—El «solape» («lap») de la válvula: expansión del vapor—Cómo se gestiona el corte de admisión—Límite del trabajo expansivo—Motores compuestos—Disposición de las máquinas de expansión—Locomotoras compuestas—Mecanismos de inversión de marcha—El «eslabonamiento» («linking-up»)—Válvulas de pistón—Reguladores de velocidad—Reguladores de velocidad marinos—El condensador.

Habiendo tratado con cierta extensión el aparato utilizado para convertir el agua en vapor a alta presión, podemos pasar de inmediato a la consideración de los mecanismos que convierten la energía del vapor en movimiento mecánico, o trabajo.

Las máquinas de vapor son de dos clases:—(1) alternativas, que emplean cilindros y manivelas; (2) rotativas, llamadas turbinas.

MOTORES ALTERNATIVOS.

Fig. 17 es un diagrama esquemático de la forma más simple de máquina de vapor alternativa.

C es un cilindro al cual se le admite vapor a través de los conductos de vapor³ W W, primero a un lado del pistón P y luego al otro.

La presión sobre el pistón lo empuja a lo largo del cilindro, y la fuerza se transmite a través del vástago del pistón P R a la biela C R, lo cual hace girar la manivela K.

En el punto donde se unen las dos varillas hay una "cabeza de cruce" (o cruceta), H, que se desliza de un lado a otro en una guía para evitar que el vástago del pistón se rompa o se doble debido a los empujes y tirones oblicuos que imparte a través de C R a la manivela K.

Esta última está chavetada a un eje S que lleva el volante de inercia o, en el caso de una locomotora, las ruedas motrices. El eje de manivela gira en cojinetes.

• El diámetro interno de un cilindro se denomina su calibre.
• El recorrido del pistón se denomina su carrera.
• La distancia desde el centro del eje hasta el centro del muñón de la manivela se denomina el radio de la manivela, que es la mitad de la carrera del pistón.

Una máquina de este tipo se denomina de doble efecto, ya que el pistón es empujado alternativamente hacia atrás y hacia adelante por el vapor.

Cuando el vástago del pistón, la biela y la manivela se encuentran en línea recta —es decir, cuando el pistón está totalmente afuera o totalmente adentro— se dice que la manivela está en un "punto muerto"; pues, si la manivela estuviera en dicha posición, la admisión de vapor no produciría movimiento, ya que el empuje o tiro sería absorbido por completo por los cojinetes.

MOTORES DE CILINDRO DOBLE.

Las locomotoras, las máquinas marinas y todas las demás máquinas que deben arrancar en cualquier posición tienen al menos dos cilindros y otras tantas manivelas colocadas formando un ángulo entre sí.

La fig. 19 demuestra que cuando una manivela, C₁, de una máquina de doble cilindro se encuentra en un «punto muerto», la otra, C₂, ha alcanzado una posición en la que el pistón ejerce el máximo poder de giro.

En la fig. 20 cada manivela se encuentra a 45° respecto a la horizontal, y ambos pistones son capaces de realizar trabajo. La potencia de un pistón aumenta constantemente mientras que la del otro disminuye.

Si se utilizan cilindros de efecto simple, se necesitan al menos tres de estos para producir un movimiento de giro perpetuo, independientemente de un volante de inercia.

THE FUNCTION OF THE FLY-WHEEL.

Un volante de inercia actúa como un reservorio de energía, para llevar la manivela de un motor monocilíndrico más allá de los «puntos muertos». Es útil en todos los motores de movimiento alternativo para producir un funcionamiento estable, ya que una rueda pesada actúa como un freno frente a los efectos de un aumento o disminución repentinos de la presión del vapor. En una bomba, una cortadora de remolachas, una trituradora de tortas o una picadora de forraje, el volante de inercia ayuda al operador a superar sus puntos muertos —es decir, aquellas partes del círculo descrito por la manivela en las que puede realizar poco trabajo—.

EL CILINDRO.

Los cilindros de una máquina ocupan el lugar del sistema muscular del cuerpo humano. En la Fig. 21 tenemos un cilindro y su válvula corredera representados en sección.

Ante todo, observemos $P$, el pistón. A su alrededor hay ranuras blancas, $RR$, en las cuales van encajados unos aros para impedir el paso del vapor más allá del pistón. Los aros están cortados por un punto de su circunferencia y ligeramente abiertos, de modo que, cuando están en su posición, presionan por todas partes contra las paredes del cilindro. Tras un poco de uso «se asientan en su trabajo», es decir, se desgastan hasta lograr un ajuste perfecto en el cilindro.

Cada extremo del cilindro está cerrado por una tapa, una de la cuales lleva fundido un moflete perforado por un orificio para que la varilla del pistón trabaje a través de él. Para evitar el escape de vapor, el moflete está ahuecado con precisión para alojar una prensaestopas, $G^1$, que se enrosca en la varilla y se aprieta contra el moflete; el espacio interno entre ellos se rellena con empaquetadura.

El vapor de la caldera entra en la cámara de vapor y tendría acceso a ambos lados del pistón simultáneamente a través de los conductos de vapor, $WW$, de no ser por el

VÁLVULA DE CORREDERA: una caja hueca abierta por la parte inferior y lo suficientemente larga como para que sus bordes cubran ambas vías de vapor a la vez. Entre W W se encuentra E, el conducto por el cual escapa el vapor de escape. Los bordes de la válvula de corredera son perfectamente planos, al igual que la superficie sobre la cual se desplaza la válvula, de modo que ningún vapor pueda pasar por debajo de los bordes. En nuestra ilustración, el pistón acaba de comenzar a moverse hacia la derecha. El vapor entra por la vía de vapor izquierda, que la válvula apenas comienza a descubrir. A medida que el pistón se mueve, la válvula se desplaza en la misma dirección hasta que el puerto queda completamente descubierto, momento en el que comienza a retroceder de nuevo; y justo antes de que el pistón haya terminado su carrera, la vía de vapor de la derecha comienza a abrirse. La vía de vapor de la izquierda está ahora en comunicación con el puerto de escape E, de modo que el vapor que ya ha cumplido su función es liberado y expulsado del cilindro por el pistón.

Reciprocación es este movimiento de ida y vuelta del pistón: de ahí el término motores "alternativos" (o de movimiento recíproco). El movimiento lineal del tallo del pistón se convierte en movimiento rotatorio mediante la biela y la manivela.

El uso de una manivela parece ser un método tan obvio para producir esta conversión que resulta interesante saber que, cuando James Watt produjo su «motor rotativo» en 1780, no pudo utilizar la manivela porque ya había sido patentada por un tal Matthew Wasborough.

Sin embargo, Watt no se desanimaba fácilmente y, en el transcurso de un año, él mismo había patentado otros cinco dispositivos para obtener un movimiento rotatorio a partir de un vástago de pistón.

Antes de continuar, cabe mencionar que Watt fue el padre de la máquina de vapor moderna —es decir, la de alta presión— y que, debido a la imperfección de la maquinaria existente, las dificultades que tuvo que superar fueron enormes.

• En una ocasión se felicitó a sí mismo porque uno de sus cilindros de vapor tenía una desviación en el calibre de tan solo tres octavos de pulgada.
• Hoy en día, una buena empresa rechazaría un cilindro con una desviación de 1⁄500 de pulgada; y en los motores de gasolina pequeños, 1⁄5000 de pulgada es a veces el «límite de error» máximo permitido.

EL EXCÉNTRICO sirve para mover la válvula corredera de un lado a otro sobre las lumbreras de vapor (Fig. 23). Consta de tres partes principales: la excéntrica, o placa circular S, montada en el cigüeñal; y las dos abrazaderas que la rodean y dentro de las cuales gira.

A una abrazadera está abulonado el «pie de biela» (o extremo grande) de la barra del excéntrico, la cual se conecta por su otro extremo con la barra de la válvula. Las abrazaderas son semicirculares y se mantienen unidas mediante pernos resistentes, B B, que pasan a través de orejetas, o engrosamientos en los extremos de los semicírculos. La excéntrica tiene una ranura profunda en todo su contorno, por la cual se deslizan las abrazaderas.

La «excentricidad» o «carrera» de un excéntrico es la distancia entre C², el centro del eje, y C¹, el centro de la excéntrica. La carrera debe ser igual a la mitad de la distancia que la válvula corredera ha de recorrer sobre las lumbreras de vapor.

Una cuña o chaveta de acero cónica, K, incrustada mitad en el excéntrico y mitad en una ranura del eje, mantiene el excéntrico firme y evita que resbale. Algunas excéntricas están hechas en dos partes, unidas por pernos, para poder retirarlas fácilmente sin desmontar el eje.

El excéntrico no es en principio más que un botón de manivela tan exagerado que resulta más grande que el eje de la manivela. Su conveniencia radica en el hecho de que puede montarse en cualquier punto de un eje, mientras que una manivela solo puede situarse en un extremo, si no se trata en realidad de una curva en forma de V en el propio eje —en cuyo caso su posición es por supuesto permanente.

REGULACIÓN DE LA VÉLVULA DE CORREDERA Y DEL EXCÉNTRICO.

El tema de la regulación de válvulas es tan extenso que una exposición completa podría fatigar al lector, aun si el espacio permitiera su inclusión. Pero dado que la eficacia de una máquina alternativa depende en gran medida de la naturaleza y disposición de las válvulas, repasaremos algunos de los principios más elementales.

En la Fig. 24 vemos en sección la válvula corredera, las lumbreras del cilindro y parte del pistón. A la derecha hay dos líneas en ángulo recto: la más gruesa, C, que representa la posición de la manivela; la más fina, E, la del excéntrico. (La posición de un excéntrico se denota mediante un diagrama con una línea trazada desde el centro del cigüeñal hasta el centro de la excéntrica).

Los bordes de la válvula son en este caso apenas lo suficientemente anchos como para cubrir las lumbreras, es decir, no tienen solape. El pistón está a punto de comenzar su carrera hacia la izquierda; y el excéntrico, que está colocado en un ángulo de 90° adelantado respecto a la manivela, está a punto de empezar a abrir la lumbrera izquierda.

Para cuando C haya llegado a la posición que ocupaba originalmente E, E estará horizontal (Fig. 25), es decir, el excéntrico habrá terminado su carrera hacia la izquierda; y mientras C recorre el siguiente ángulo recto, la válvula irá cerrando la lumbrera izquierda, la cual dejará de admitir vapor cuando el pistón haya llegado al final de su recorrido. La operación se repite en el lado derecho mientras el pistón retrocede.

Debe notarse aquí—(1) que el vapor se admite a plena presión durante toda la carrera; (2) que la admisión comienza y termina simultáneamente con la carrera. Ahora bien, en la práctica real es necesario admitir vapor antes de que el pistón haya finalizado su recorrido, para así amortiguar la violencia del cambio repentino de dirección del pistón, su vástago y otras partes móviles. Para lograr esto, la excéntrica se cala más de 90° de adelanto, es decir, más de lo que los ingenieros llaman a escuadra. La fig. 26 muestra dicha disposición. El ángulo entre E y E¹ se denomina ángulo de avance. Respecto a la válvula, verá que se ha abierto una cantidad apreciable, aunque el pistón aún no haya comenzado su trayecto hacia la derecha.

"SOLAPAMIENTO" DE LA VÁLVULA — EXPANSIÓN DEL VAPOR.

En la forma simple de válvula que aparece en la Fig. 24, las caras de la válvula son justamente lo suficientemente anchas para cubrir los puertos de vapor. Si la excéntrica no está a escuadra con la manivela, la admisión de vapor dura hasta el mismo final de la carrera; si se adelanta un poco —es decir, si se le da avance—, el vapor se corta antes de que el pistón haya recorrido por completo el cilindro, y se readmite antes de que se complete la carrera de retroceso. Aun con este avance, el funcionamiento es muy antieconómico, ya que el vapor va al escape prácticamente a la misma presión a la que entró en el cilindro. Su propiedad de expansión ha sido ignorada.

Pero supongamos que se admitiera vapor a 100 libras de presión hasta la mitad de la carrera, y luego se cortara repentinamente; la naturaleza expansiva del vapor continuaría entonces empujando el pistón hacia afuera hasta que la presión hubiera disminuido a 50 libras por pulgada cuadrada, presión a la cual iría al escape. Ahora bien, obsérvese que todo el trabajo realizado por el vapor después del corte constituye una cantidad equivalente de potencia ahorrada. La presión media sobre el pistón no es tan alta como en el primer caso; aun así, a partir de un volumen dado de vapor a 100 libras de presión obtenemos mucho más trabajo.

CÓMO SE GESTIONA EL CORTE.

Véase la Fig. 27. Aquí tenemos una corredera plana, con caras mucho más anchas que las lumbreras de vapor. Las partes marcadas en negro, P P, son aquellas que corresponden a las caras de las válvulas mostradas en diagramas anteriores (pág. 54). Las partes sombreadas, L L, se denominan solape. Al aumentar la longitud del solape aumentamos el rango de trabajo expansivo. La Fig. 28 muestra el pistón completamente a la izquierda; la válvula está a punto de abrirse para admitir vapor detrás del pistón. El excéntrico tiene una excentricidad igual a la anchura de una lumbrera + el solape de la válvula. Que esto deba ser así resulta evidente a partir de la observación de la Fig. 27, donde la válvula se encuentra en su posición central. De ahí la fórmula tan sencilla:—Recorrido de la válvula = 2 × (solape + anchura de la lumbrera). La trayectoria del centro del excéntrico alrededor del centro del eje se indica mediante la línea de puntos habitual (Fig. 28). Notará que el "ángulo de calaje", indicado por la flecha A, es ahora muy considerable. Para cuando la manivela C ha adoptado la posición de la línea S, el excéntrico ha pasado su punto muerto y la válvula comienza a desplazarse hacia atrás, volviendo finalmente a la posición mostrada en la Fig. 28, y cortando el suministro de vapor mientras al pistón aún le queda una parte considerable de su carrera por realizar. El vapor comienza entonces a trabajar por expansión, y continúa haciéndolo hasta que la válvula adopta la posición mostrada en la Fig. 27.

Si la válvula ha de tener «avance a la preadmisión» para admitir vapor antes del final de la carrera hacia el otro lado del pistón, debe aumentarse el ángulo de avance, y la línea de centros del excéntrico se situaría sobre la línea E².

Por lo tanto: ángulo de avance total = ángulo para el recubrimiento y ángulo para el avance a la preadmisión.

LÍMITE DE TRABAJO EXPANSIVO.

TeoriquementeViendo, aumentando el solapo y cortando el vapor cada vez más temprano en la carrera, deberíamos economizar nuestra potencia cada vez más.

Pero en la práctica se encuentra una gran dificultad: a saber, que a medida que el vapor se expande, su temperatura baja. Si el corte se produce de manera temprana, digamos a un tercio de la carrera, la gran expansión reducirá la temperatura de las paredes metálicas del cilindro a tal punto que, cuando el siguiente chorro de vapor entre por el otro extremo, una proporción considerable de la energía del vapor se perderá debido al enfriamiento.

En tal caso, la diferencia de temperatura entre el vapor admitido y el vapor de escape es demasiado grande para la economía. Sin embargo, queremos utilizar tanta energía como sea posible. ¿Cómo vamos a hacerlo?

MÁQUINAS COMPUESTAS.

En el año 1853, John Elder, fundador de la naviera Elder and Co., de Glasgow, introdujo la máquina compuesta para su uso en barcos.

El vapor, al salir del cilindro de alta presión, pasaba a otro cilindro de igual carrera pero mayor diámetro, donde la expansión continuaba.

En las máquinas modernas, la expansión se extiende a tres y hasta cuatro etapas, según la presión de la caldera; pues es una regla que cuanto mayor es la presión inicial, mayor es el número de etapas de expansión compatibles con un funcionamiento económico.

En la Fig. 29 tenemos un motor marino de triple expansión. El vapor entra en el cilindro de alta presión⁴ a, digamos, 200 libras por pulgada cuadrada. Se escapa a 75 libras hacia la tubería grande 2, y pasa al cilindro intermedio, de donde pasa a ser expulsado a unas 25 libras a través de la tubería 3 al cilindro de baja presión. Finalmente, es eyectado a unas 8 libras por pulgada cuadrada hacia el condensador, y se convierte repentinamente en agua; un acto que produce un vacío y disminuye la contrapresión del escape del cilindro C. De hecho, el condensador ejerce un poder succionador en el lado de escape del pistón de C.

DISPOSICIÓN DE LAS MÁQUINAS DE EXPANSIÓN.

En la ilustración las manivelas están dispuestas en ángulos de 120°, o un tercio de un círculo, de modo que una u otra se encuentra siempre en o cerca de la posición de máximo poder de giro.

Cuando solo se emplean dos etapas, los cilindros se disponen a menudo en tándem, teniendo ambos pistones una biela y manivela comunes. Para conseguir un movimiento de giro constante, deben montarse por separado y accionar manivelas dispuestas en ángulo recto entre sí.

LOCOMOTORAS COMPUESTAS.

En 1876 el Sr. A. Mallet introdujo la expansión compuesta en las locomotoras; y la práctica ha sido ampliamente adoptada. Los diversos tipos de «compuestos» pueden clasificarse de la siguiente manera:—(1) Un cilindro de baja presión y uno de alta presión; (2) uno de alta presión y dos de baja presión; (3) uno de baja presión y dos de alta presión; (4) dos de alta presión y dos de baja presión. Esta última clase es muy utilizada en Francia, América y Rusia, y parece dar los mejores resultados. Cuando solo se usan dos cilindros (y a veces en el caso de tres y cuatro), un dispositivo de válvulas permite la admisión de vapor a alta presión tanto en los cilindros de alta como de baja presión para arrancar un tren, o moverlo por pendientes pronunciadas.

MARCHA ATRÁS.

Las máquinas de una locomotora o de un buque de vapor deben ser reversibles; es decir, cuando se admite vapor en los cilindros, el maquinista debe poder dirigirlo a través de los conductos de vapor de tal manera que las manivelas puedan girar en la dirección deseada.

La forma más común de mecanismo de inversión (inventado por George Stephenson) se conoce como el mecanismo de kulisa o marcha de Stephenson (Stephenson's Link Gear). En la Fig. 30 tenemos una representación esquemática de este mecanismo. E¹ y E² son dos excéntricas dispuestas en ángulo recto con respecto a la manivela, en extremos opuestos de un diámetro. Sus varillas están conectadas a los extremos de una coulisse, L, que puede subirse y bajarse mediante palancas (no mostradas). B es un bloque que puede girar parcialmente sobre un pasador que sobresale de la varilla de la válvula, el cual funciona a través de una guía, G.

En la Fig. 31, la coulisse está medio levantada, o en "marcha media", como dicen los maquinistas. La excéntrica E¹ ha empujado el extremo inferior de la coulisse completamente hacia atrás; E² lo ha tirado completamente hacia adelante; y dado que cualquier movimiento de una excéntrica se ve contrarrestado por el movimiento opuesto de la otra, la rotación de las excéntricas no haría que la válvula se moviera en absoluto, y no se podría admitir vapor en el cilindro.

Supongamos que la Fig. 30 representa un cilindro, una manivela, bielas, etc., de una locomotora. La manivela se ha detenido a media carrera; la palanca de inversión está en la muesca de marcha media.

Si el maquinista desea girar sus manivelas en sentido antihorario, levanta el eslabón, lo que alinea la barra de E¹ con la barra de distribución y empuja el bloque hacia atrás hasta que el puerto derecho queda descubierto (Fig. 31). Si ahora se admite vapor, el pistón será empujado hacia la izquierda y la máquina continuará funcionando en sentido antihorario.

Si, por otra parte, quiere hacer marchar el motor en sentido contrario, bajará el eslabón, alineando la barra de E² con la barra de distribución, y tirando de V hacia adelante para descubrir el puerto trasero (Fig. 32). En cualquier caso, el excéntrico que acciona el extremo del eslabón alejado de B no tiene efecto, ya que simplemente hace que dicho extremo describa arcos de circunferencia de los cuales B es el centro.

"CONECTANDO."

Si la palanca de marcha está solo parcialmente bajada o levantada de su posición central, el motor sigue funcionando en consecuencia, pero el movimiento de la válvula se reduce. Al marchar a gran velocidad, el maquinista "acorta" la marcha (links up su mecanismo de inversión), lo que hace que sus válvulas corten la admisión al principio de la carrera y que el vapor trabaje de forma más expansiva de lo que podría hacerlo con la palanca en marcha completa o extrema; de modo que este dispositivo no solo permite invertir el sentido de marcha de un motor, sino que también le otorga al maquinista un control absoluto sobre la relación de expansión del vapor admitido en el cilindro, y proporciona un método para cortar el vapor por completo.

En las Figs. 30, 31 y 32, la válvula no tiene recubrimiento (lap) y las excéntricas están colocadas a escuadra. En la práctica real, las caras de las válvulas tendrían "recubrimiento" y la excéntrica "adelanto" correspondientes; pero, por razones de simplicidad, no se muestra ninguno de los dos.

OTROS MECANISMOS.

En el mecanismo de inversión de marcha Gooch para locomotoras, la corredera no se desplaza, sino que la barra de la válvula y su bloque se elevan o se bajan. El mecanismo Allan está dispuesto de tal manera que cuando se eleva la corredera, el bloque baja, y viceversa. En realidad, estos no son más que modificaciones del principio de Stephenson, es decir, el empleo de dos excéntricas dispuestas en ángulos iguales y en lados opuestos de la manivela.

Existen otras tres formas de mecanismo de inversión de corredera y casi una docena de tipos de dispositivos de inversión radial; pero como ya hemos descrito los tres más utilizados en locomotoras y barcos, no es necesario dar detalles sobre estos.

Antes de la introducción del mecanismo de Stephenson se utilizaba una sola excéntrica para cada cilindro, y para invertir la marcha del motor esta excéntrica debía estar suelta sobre el eje.

"Una palanca y un mecanismo accionados mediante un pedal en la plataforma de conducción controlaban la posición de las excéntricas. Al arrancar la máquina, el maquinista desacoplaba las excéntricas mediante el pedal; luego, por medio de una palanca, levantaba las cabezas pequeñas⁵ de las barras de excéntrica y, observando la posición de las manivelas o, si resultaba más cómodo, el contrapeso de las ruedas, mediante otra manilla, movía las válvulas para abrir las lumbreras necesarias al vapor y las accionaba a mano hasta que la máquina se ponía en marcha; entonces, con el pedal, volvía a colocar las excéntricas para que enganchasen los pivotes, bajando al mismo tiempo las cabezas pequeñas de las barras para que engranaran con los pasadores de los vástagos de las válvulas, de modo que estas continuaban manteniendo el movimiento de la válvula."⁶

¡Uno imaginaría que en los patios de maniobras modernos semejante dispositivo retrasaría un tanto las operaciones!

VÁLVULAS DE PISTÓN.

En los motores marinos, y en muchas locomotoras y algunos motores estacionarios, la válvula D (mostrada en las Figs. 30–32) es reemplazada por una válvula de pistón, o válvula circular, que funciona hacia arriba y hacia abajo en un asiento tubular.

Puede describirse mejor como una varilla que sostiene dos pistones que corresponden a las caras de una válvula D. En lugar de lumbreras rectangulares, hay aberturas en el tubo en el que se mueve la válvula de pistón, las cuales se comunican con los conductos de vapor hacia el cilindro y con el tubo de escape.

En el caso de la válvula D, la presión por encima de ella es mucho mayor que la de abajo, y se produce una fricción considerable si las superficies de rozamiento no se mantienen bien lubricadas. La válvula de pistón supera esta dificultad, ya que el vapor que pueda filtrarse a través de ella presiona sobre su circunferencia en todos los puntos por igual.

LIMITADORES DE VELOCIDAD.

Prácticamente todas las máquinas, excepto las locomotoras y las conocidas como «máquinas auxiliares» (donkey-engines) —utilizadas en las grúas—, están provistas de algún dispositivo para mantener la velocidad de giro del cigüeñal constante dentro de límites muy estrechos.

Quizá haya visto un par de bolas girando sobre un soporte encima de la caldera de una locomóvil de trilla. Forman parte del «regulador» o controlador de velocidad, cuyo principio se muestra en la fig. 33.

Una correa accionada por una polea en el cigüeñal hace girar una polea pequeña, P, en la base del regulador. Esto transmite movimiento a través de dos ruedas cónicas, G, a un eje vertical, de cuya parte superior cuelgan dos pesadas bolas mediante eslabones, K K. Otros dos eslabones, L L, conectan las bolas con un peso, W, el cual tiene una ranura profunda tallada alrededor en la parte inferior.

Cuando el eje gira, las bolas salen despedidas hacia afuera por la fuerza centrífuga y, a medida que aumenta su velocidad, la figura cuadrilátera formada por los cuatro eslabones se ensancha lateralmente y se acorta verticalmente. Los ángulos entre K K y L L se vuelven cada vez menos obtusos, y el peso W es arrastrado hacia arriba, elevando consigo la horquilla C de la varilla A, cuyos extremos encajan en la ranura. A medida que C asciende, el otro extremo de la varilla es empujado hacia abajo, y la varilla B deprime la varilla O, la cual está fijada al husillo que acciona una especie de compuerta en la tubería de vapor.

En consecuencia, el suministro de vapor se estrangula cada vez más a medida que aumenta la velocidad, hasta que se reduce tanto que el motor desacelera y las bolas caen, abriendo de nuevo la válvula.

La fig. 34 muestra la válvula completamente cerrada.

Esta forma de regulador fue inventada por James Watt. A menudo se utiliza un muelle en lugar de un peso, y el regulador se dispone horizontalmente de modo que pueda ser accionado directamente desde el cigüeñal sin la intervención de engranajescónicos.

El regulador Hartwell emplea un mecanismo de distribución por coulisse (link motion). Deben imaginarse aquí las bolas elevando y bajando el extremo libre del vástago de la válvula, el cual lleva un bloque que se desplaza en una coulisse conectada con la barra de la excéntrica.

La coulisse está articulada en el extremo superior, y la barra de la excéntrica está fijada al inferior.

Cuando la máquina está en reposo, el extremo del vástago de la válvula y su bloque descienden hasta quedar alineados con la barra de la excéntrica; pero cuando la maquinaria comienza a funcionar, el bloque es elevado gradualmente por el regulador, disminuyendo el movimiento de la válvula y acortando así el período de admisión de vapor al cilindro.

Los gobernadores son de especial importancia cuando la carga de una máquina varía constantemente, como en el caso de un aserradero.

Un buen regulador limitará la variación de velocidad dentro de un dos por ciento; es decir, si la máquina está configurada para marchar a 100 revoluciones por minuto, no permitirá que supere las 101 ni caiga por debajo de 99.

En máquinas de muy alta velocidad, el sistema de regulación impedirá una variación menor al uno por ciento, aun cuando la carga esté en un instante al máximo, y al siguiente se retire por completo.

GOBERNADORES MARINOS.

Estos deben ser de acción más rápida que los empleados en máquinas provistas de volantes, los cuales impiden variaciones muy repentinas de velocidad. El tornillo es ligero en proporción a la potencia de la máquina, y cuando este se alza repentinamente del agua por el cabeceo de la embarcación, la máquina se lanzaría a una velocidad excesiva hasta que el tornillo volviera a sumergirse, a menos que se dispusiera de algún mecanismo regulador.

Se han probado muchos tipos de reguladores marinos. El más exitoso parece ser aquel en el que una bomba accionado por el eje de la máquina fuerza constantemente agua hacia el cilindro que controla una válvula de estrangulamiento en la tubería principal de vapor.

El agua se escapa a través de una fuga que es ajustable. Mientras la velocidad de la máquina sea normal, el agua se escapa del cilindro tan rápido como es bombeada hacia su interior, y no se produce ningún movimiento del pistón; pero cuando el tornillo comienza a lanzar la máquina en exceso, la bomba supera la fuga y el pistón es empujado hacia afuera, lo que provoca el estrangulamiento del suministro de vapor.

CONDENSADORES.

El condensador cumple dos propósitos:—(1) Permite utilizar la misma agua una y otra vez en las calderas. En el mar, donde no se puede obtener agua dulce en grandes cantidades, esto es de la mayor importancia. (2) Aumenta la potencia de una máquina compuesta al ejercer una contrafuerza sobre el pistón del cilindro de baja presión mientras se expulsa el vapor.

La Fig. 35 es una ilustración en corte de un condensador marino.

El vapor entra al condensador a través de la tubería grande E y pasa entre una serie de tubos de cobre muy delgados, a través de los cuales se hace circular agua de mar mediante una bomba.

El recorrido del agua se muestra con las flechas sin plumas. Proviene de la bomba a través de la tubería A hacia la parte inferior de una gran tapa que cubre un extremo del condensador y está dividida transversalmente por un mamparo, D.

Al pasar a través de los tubos, llega a la tapa sujeta al otro extremo y fluye de regreso a través de los tubos superiores hacia la salida C.

Esta disposición asegura que, a medida que el vapor se condensa, encuentre tubos cada vez más fríos y finalmente se convierta en agua, la cual pasa al pozo a través de la salida F.

En algunos condensadores, las posiciones del vapor y del agua se invierten; el vapor pasa por el interior de los tubos y por el exterior de estos circula agua fría.

# Capítulo III.

# LA TURBINA DE VAPOR.

Cómo funciona una turbina: la turbina De Laval, la turbina Parsons, descripción de la turbina Parsons, la acción expansiva del vapor en una turbina Parsons, equilibrado del empuje, ventajas de la turbina marina.

Hace más de dos mil años, Herón de Alejandría produjo el primer aparato al que con toda justicia se le pudo dar el nombre de máquina de vapor.

Su principio era prácticamente el mismo que el del surtidor rotativo utilizado para rociar los céspedes durante el tiempo seco, empleándose vapor en lugar de agua.

De la parte superior de un caldero cerrado ascendían dos tubos verticales, que en sus extremos superiores tenían pequeños codos en ángulo recto. Entre ellos colgaba un globo hueco, montado sobre un pivote en dos tubos cortos que sobresalían de sus lados hacia los tubos verticales. Dos pequeños tubos en forma de L sobresalían de los lados opuestos del globo, en los extremos de un diámetro, en un plano perpendicular al eje.

Al aplicar fuego al caldero, se generaba vapor. Este ascendía a través del montante, de los pivotes y hacia el globo, del cual escapaba por las dos boquillas en forma de L, lo que provocaba la rápida revolución de la esfera.

En resumen, la primera máquina de vapor fue una turbina. Curiosamente, hemos vuelto a este tipo primitivo (desarrollado científicamente, por supuesto) en la práctica de ingeniería más moderna.

CÓMO FUNCIONA UNA TURBINA.

En las máquinas alternativas —es decir, de cilindros— el vapor se admite en una cámara y la puerta se cierra tras él, por así decirlo. Mientras lucha por expandirse, empuja una de las paredes confinantes —es decir, el pistón— y al poco rato la puerta vuelve a abrirse y le permite escapar cuando ha hecho su trabajo.

En el juguete de Herón se utilizaba el impacto de las moléculas salientes contra otras moléculas que ya habían emergido de los tubos. Se puede comparar la reacción con la ejercida por una piedra lanzada sobre el lanzador. Si el lanzador está de pie sobre patines, la reacción de la piedra hará que deslice hacia atrás, exactamente igual que si se hubiera impulsado desde algún objeto fijo.

En el caso de la turbina de reacción —a saber, la del tipo Herón—, la tobera por la que sale el vapor o el agua se mueve, junto con los cuerpos a los que pueda estar fija. En las turbinas de acción, el vapor se conduce a través de toberas fijas o conductos de vapor, y el momento lineal del vapor se hace recaer sobre las superficies de cuerpos móviles conectados al eje.

LA TURBINA DE LAVAL.

En su forma más temprana, esta turbina era una modificación de la de Herón. La rueda era meramente un tubo doblado en forma de S, unido por su centro a un eje vertical hueco alimentado con vapor a través de un prensaestopas en uno de sus extremos. El vapor salía disparado tangencialmente por los extremos de la S, lo que hacía que el eje girara rápidamente y accionara la maquinaria (generalmente una centrifugadora de leche) montada sobre él. Este motor resultó muy adecuado para el trabajo lechero, pero desperdiciaba demasiado vapor como para ser útil donde se requiriera alta potencia.

En la turbina De Laval tal como se construye actualmente, el vapor es lanzado desde toberas fijas contra álabes montados en una rueda giratoria. La fig. 36 muestra las toberas y una rueda de turbina. La rueda está hecha como un disco macizo, a cuya circunferencia se fijan los álabes por medio de colas de milano individuales en una sola hilera.

Cada alabe tiene una sección curvada, con la cara cóncava orientada hacia las toberas, las cuales, como se deducirá de la muestra «transparente» a la derecha de nuestra ilustración, se ensanchan gradualmente hacia la boca. Esto sirve para permitir la expansión del vapor y el consiguiente aumento de velocidad.

Al salir, cada molécula choca contra la cara cóncava de un álabe y, al cambiar de dirección, es despojada de su energía cinética, la cual pasa a la rueda. Volviendo una vez más a la comparación del lanzamiento de piedras, es como si un muchacho estuviera arrojando una cantidad enorme de piedrecitas contra la rueda.

Ahora bien, el vapor a alta presión que escapa se mueve a una velocidad verdaderamente extraordinaria. Para dar cifras, si entra por el extremo pequeño de una boquilla De Laval a 200 libras por pulgada cuadrada, saldrá por el extremo grande a una velocidad de 48 millas por minuto; es decir, ¡a una velocidad que lo llevaría alrededor de todo el mundo en 8 horas y media!

La rueda en sí no se movería a más de un tercio de esta velocidad como máximo.⁷ Pero aun así, puede llegar a dar nada menos que 30.000 revoluciones por minuto.

Ahora surge una dificultad mecánica: a saber, la derivada de la vibración. Por muy cuidadosamente que se equilibre la rueda de la turbina, es prácticamente imposible hacer que su centro de gravedad coincida exactamente con el punto central del eje; en otras palabras, la rueda será un poco —tal vez solo una diminuta fracción de onza— más pesada de un lado que del otro.

Esta falta de precisión provoca una vibración que, a la alta velocidad mencionada, haría que el eje destruyera a golpes los cojinetes en los que gira si —y este es el punto— dichos cojinetes estuvieran cerca de la rueda. M. de Laval montó la rueda en un eje lo suficientemente largo entre los cojinetes como para «latiguear», o curvarse un poco, y la dificultad quedó superada.

La velocidad normal de la rueda de la turbina es demasiado alta para el accionamiento directo de cierta maquinaria, por lo que se reduce mediante engranajes. A los dinamos, bombas y ventiladores de aire suele acoplarse directamente.

LA TURBINA PARSONS.

En la gran revista naval celebrada en 1897 en honor del Jubileo de Diamante de la reina Victoria, uno de los espectáculos más dignos de mención fue el pequeño Turbinia, de 44 toneladas y media de desplazamiento, que serpenteaba entre los fortines flotantes a una velocidad muy superior a la del "destructor" más rápido.

Dentro de la ágil embarcación había motores que desarrollaban 2.000 caballos de potencia, sin nada del estrépito y la vibración que por lo general reinan en la sala de máquinas de una nave de alta velocidad.

El Turbinia fue el primer barco propulsado por turbina y, como tal, incluso al margen de su ritmo extraordinario, atrajo una gran atención.

Desde 1897, la turbina Parsons se ha instalado en muchos barcos, incluidos varios buques de guerra, y parece probable que no esté muy lejano el tiempo en que se abandonen los motores alternativos en todas las embarcaciones de alta velocidad.

DESCRIPCIÓN DE LA TURBINA PARSONS.

Las partes esenciales de una turbina Parsons son:—(1) El eje, sobre el cual está montado (2) el tambor; (3) la carcasa cilíndrica dentro de la cual gira el tambor; (4) los álabes en el tambor y la carcasa; (5) los pistones de equilibrado. La Fig. 37 muestra una turbina esquemática en sección. El tambor, como se podrá observar, aumenta su diámetro en tres etapas, D¹, D², D³, hacia la derecha. De un extremo a otro está tachonado de pequeños álabes, M M, dispuestos en anillos paralelos a corta distancia unos de otros. Cada álabe tiene una sección curva (véase la Fig. 38), con el lado cóncavo orientado hacia la izquierda. Los álabes sobresalen del tambor como radios cortos, y sus extremos exteriores casi tocan la carcasa. A esta última están fijados anillos equidistantes de álabes fijos, F F, que apuntan hacia el interior, hacia el tambor, y ocupan los intervalos entre los anillos de álabes móviles. Sus lados cóncavos también están orientados hacia la izquierda, pero, como se observa en la Fig. 38, su línea de curvatura se encuentra en sentido opuesto a la de M M. El vapor entra en la carcasa por A, y de inmediato se precipita a través de los álabes hacia la salida B. Se encuentra con la primera fila de álabes fijos, y su trayectoria se desvía de tal modo que incide sobre el anillo de álabes móviles (o del tambor) en el ángulo más eficaz, haciéndolos girar. A continuación, el anillo de F F cambia su dirección para que pueda actuar sobre la siguiente fila de M M de manera similar.

LA ACCIÓN EXPANSIVA DEL VAPOR EN UNA TURBINA.

Al llegar al final de D¹, entra en el segundo juego de álabes, o juego intermedio. El tambor tiene aquí un diámetro mayor, y los álabes son más largos y están colocados algo más separados, para dar un paso más libre al vapor ahora parcialmente expandido, que ha perdido presión pero ha ganado velocidad.

El proceso de movimiento se repite a través de esta etapa; y de nuevo en D³, el tambor de baja presión. El vapor escapa entonces hacia el condensador a través de B, habiéndose expandido ya muchas veces; y se considera conveniente, por razones explicadas en relación con las máquinas de vapor compuestas, disponer de una turbina separada en una carcasa independiente para las etapas extremas de expansión.

Las paletas son de latón. En las turbinas del Carmania, el enorme trasatlántico de la Cunard, se utilizan 1.115.000 paletas. El mayor diámetro de los tambores es de 11 pies, y cada turbina de baja presión pesa 350 toneladas.

EQUILIBRIO DE EMPUJE.

El empuje ejercido por el vapor sobre los álabes no solo hace girar el tambor, sino que lo presiona en la dirección en la que fluye el vapor. Este empuje axial se contrarresta mediante los pistones «de equilibrado» (o «ficticios»), P¹, P², P³.

Cada pistón de equilibrado consta de varios discos que giran entre anillos que sobresalen de la carcasa; la distancia entre los discos y los anillos es tan pequeña que apenas puede pasar vapor. En el compartimento de alta presión, el vapor empuja a P¹ hacia la izquierda con la misma presión con la que empuja los álabes de D¹ hacia la derecha. Tras completar la primera etapa, llena el conducto C, que se comunica con el segundo pistón, P², y la presión sobre dicho pistón anula el empuje sobre D². De igual modo, el conducto E hace que el vapor presione por igual sobre P³ y los álabes de D³. De este modo, los cojinetes en los que gira el eje apenas tienen que soportar empuje axial.

Esta forma de compensación es necesaria tanto en turbinas marinas como estacionarias. En las primeras, los pistones de equilibrado están dimensionados de tal manera que el empuje hacia adelante generado por ellos y por la hélice combinados es casi igual al empuje hacia atrás de los álabes móviles.

VENTAJAS DE LA TURBINA MARINA.

(1.) Ausencia de vibración. Los motores alternativos, por muy bien equilibrados que estén, provocan una sacudida en todo el buque que resulta muy desagradable para los pasajeros. La turbina, en cambio, al estar casi perfectamente equilibrada, funciona con tanta suavidad a las más altas velocidades que, si se coloca la mano sobre la cubierta, a veces es casi imposible saber si la maquinaria está en movimiento. Como consecuencia de este funcionamiento suave, hay poco ruido en la sala de máquinas, un agradable contraste con el estruendo ensordecedor de los motores alternativos. (2.) Las turbinas ocupan menos espacio. (3.) Se atienden con mayor facilidad. (4.) Requieren menos reparaciones, ya que las superficies de fricción son muy pequeñas en comparación con las de los motores alternativos. (5.) Son más económicas a altas velocidades. Debe recordarse que una turbina está concebida esencialmente para altas velocidades. Si funciona lentamente, el vapor escapará a través de los múltiples conductos sin realizar gran trabajo.

Debido a su construcción, una turbina no puede invertirse como un motor de cilindros. Por lo tanto, es necesario acoplar turbinas especiales de marcha atrás a uno o más ejes de hélice, para utilizarlas cuando el barco deba detenerse o marchar hacia atrás. En condiciones normales, estas turbinas giran en vacío dentro de sus carcasas.

La velocidad más alta jamás alcanzada en el mar fue de cuarenta y dos millas por hora, lograda por el desafortunado Viper, un destructor de turbina que desarrollaba 11.500 caballos de fuerza, a pesar de desplazar tan solo 370 toneladas. Esta velocidad se compararía favorablemente con la de un buen número de expresos en ciertos ferrocarriles que podríamos nombrar. En el futuro, los transatlánticos propulsados por turbinas alcanzarán sin duda las treinta millas por hora.

# Capítulo IV.

# EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA.

El significado del término—Acción del motor de combustión interna—El automóvil—La manivela de puesta en marcha—El motor—El carburador—Ignición de la carga—Adelanto de la chispa—Regulación del motor—El embrague—La caja de cambios—El mecanismo diferencial—El silenciador—Los frenos—Velocidad de los automóviles.

EL SIGNIFICADO DEL TÉRMINO «MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA».

En el caso de una caldera de vapor, la energía de la combustión se transmite al agua dentro de un recipiente hermético. El combustible no entra realmente en contacto con el "fluido de trabajo".

En el motor de gas o de aceite, el combustible se pone en contacto y se mezcla con el fluido de trabajo, que es el aire. Se combina repentinamente con este en el cilindro, y la energía térmica se desarrolla con tanta rapidez que el acto se denomina explosión.

El gas de hulla, los aceites minerales, el alcohol, la gasolina, etc., contienen hidrógeno y carbono. Si se añade aire, que aporta oxígeno, a cualquiera de estos en la proporción debida, la mezcla se vuelve altamente explosiva. Al aplicar una luz, el oxígeno y el carbono se unen, al igual que el hidrógeno y el oxígeno, y se genera un calor violento, lo que provoca un bombardeo molecular violento de las paredes del recipiente que contiene la mezcla.

Ahora bien, si la mezcla es comprimida, se vuelve cada vez más caliente, hasta que se alcanza un punto en el que se enciende espontáneamente.

Los primeros motores de gas no comprimían la carga antes del encendido. Alphonse Beau de Rochas, un francés, fue el primero en pensar en hacer que el pistón del motor comprimiera la mezcla antes del encendido; y a partir del año 1862, cuando propuso esta innovación, se puede decir que data el éxito del motor de combustión interna.

ACCIÓN DEL MOTOR.

El motor de gas, el motor de aceite y el motor de automóvil son similares en sus principios generales.

El cilindro tiene, en lugar de una válvula corredera, dos, o a veces tres, válvulas "tipo hongo", que pueden describirse como placas redondas, pequeñas y gruesas, con bordes achaflanados, montadas en los extremos de varillas cortas llamadas vástagos.

Estas válvulas se abren hacia el interior del cilindro, hacia arriba, hacia abajo o de manera horizontal, según sea el caso; siendo empujadas por levas que sobresalen de un eje hecho girar por el motor.

Por el momento limitaremos nuestra atención a la serie de operaciones que hace que el motor funcione. Esta serie se denomina ciclo de Beau de Rochas, u Otto, y comprende cuatro movimientos del pistón. La referencia a la Fig. 39 mostrará exactamente lo que ocurre en un motor de gas: (1) El pistón se mueve de izquierda a derecha y, justo cuando comienza el movimiento, las válvulas G (gas) y A (aire) se abren para admitir la mezcla explosiva. Para cuando P ha llegado al final de su recorrido, estas válvulas se han vuelto a cerrar. (2) El pistón regresa hacia la izquierda, comprimiendo la mezcla, que no tiene ninguna vía de escape abierta. Al final de la carrera, la carga es encendida por un tubo incandescente I (en los automóviles y algunos motores estacionarios mediante una chispa eléctrica), y (3) el pistón sale disparado nuevamente en la carrera de "explosión". Antes de alcanzar la posición límite, la válvula E (escape) se abre, y (4) el pistón regresa impelido por el impulso del volante de inercia, expulsando los gases quemados a través de la válvula E que aún permanece abierta. El "ciclo" se ha completado. Se han producido succión, compresión (incluyendo el encendido), combustión y escape.

Es evidente que debe acoplarse un pesado volante al cigüeñal, porque la energía de un tiempo (la explosión) tiene que servir para todo el ciclo; en otras palabras, para dos revoluciones completas de la manivela. Una máquina de vapor monocilíndrica desarrolla un impulso cada media vuelta —es decir, cuatro veces más a menudo—. Con el fin de obtener un efecto de giro más constante, los automóviles tienen dos, tres, cuatro, seis e incluso ocho cilindros. Los motores de cuatro cilindros son actualmente el tipo más popular para los coches potentes.

EL AUTOMÓVIL.

Pasaremos ahora al examen del automóvil, el cual, además de los mecanismos para la transmisión del movimiento a las ruedas motrices, incluye todos los elementos fundamentales del motor de combustión interna.⁸ La fig. 40 es una vista cenital del chasis (o «mecanismos» y ruedas) de un automóvil, del cual se ha retirado la carrocería. Empezando por la izquierda, tenemos la manivela para poner en marcha el motor; el motor (bicilíndrico en este caso); el volante de inercia, en cuyo interior se encuentra el embrague; la caja de cambios, que contiene los engranajes para alterar la velocidad de giro de las ruedas motrices en relación con la del motor; el árbol de transmisión; el silenciador, para amortiguar el ruido del escape; y el engranaje cónico, para accionar las ruedas motrices. En el tipo particular de automóvil que aquí se considera, se observará que se utiliza una transmisión «directa» o por árbol. El árbol de transmisión tiene en cada extremo una junta flexible o «universal», que le permite girar libremente, aunque no esté alineado con el eje que sale de la caja de cambios. Debe recordarse que el motor y la caja de cambios van montados sobre el bastidor, entre el cual y los ejes hay muelles, de modo que, cuando el automóvil da sacudidas hacia arriba y hacia abajo, el árbol describe parte de un círculo, cuyo centro es el extremo de la caja de cambios.

Un método alternativo de transmisión es por medio de cadenas, que giran alrededor de ruedas dentadas (coronas) en los extremos de un eje que cruza el bastidor justo detrás de la caja de cambios, y alrededor de ruedas dentadas más grandes fijadas a los cubos de las ruedas motrices.

En tal caso, los ejes de las ruedas motrices están fijos a los ballestines, y las ruedas giran alrededor de ellos.

Cuando se utiliza una transmisión por árbol (Cardán), los ejes están unidos rígidamente a las ruedas en un extremo y se extienden, a través de tubos fijos a los ballestines, hasta ruedas cónicas en una caja de engranajes diferenciales central (de la cual se hablará más adelante).

Varias piezas —el carburador, los tanques, el regulador y la bomba— no se muestran en el plano general. Estas se mencionarán en la descripción más detallada que sigue.

LA MANIVELA DE ARRANQUE.

La fig. 41 muestra la manivela de puesta en marcha en sección parcial. La manivela H está unida a un tubo que termina en un embrague, C. Un fuerte resorte mantiene normalmente a C separado de un segundo embrague, C¹, calado en el árbol del motor. Cuando el conductor desea poner en marcha el motor, presiona la manivela hacia la derecha, acopla los embragues y gira la manivela en el sentido de las agujas del reloj. Tan pronto como el motor comienza a dar explosiones, las caras de los embragues resbalan una sobre otra.

EL MOTOR.

Examinemos a continuación el motor de dos cilindros (Fig. 42). Cada cilindro está rodeado por una camisa de agua, a través de la cual se hace circular agua mediante una bomba⁹ (Fig. 43).

El calor generado por la combustión es tan grande que las paredes del cilindro pronto se pondrían al rojo vivo a menos que parte de ese calor fuera evacuado rápidamente.

Los pistones son del tipo «tubular» —es decir, lo suficientemente largos como para actuar como guías y absorber el empuje oblicuo de las bielas—. Tres o más segmentos de pistón alojados en ranuras (no mostradas) evitan la fuga de gas más allá del pistón.

Es interesante observar que la eficiencia de un motor de combustión interna depende en tal medida del buen ajuste de estas piezas móviles que los cilindros, los pistones y los segmentos deben ser sumamente exactos. Una buena empresa producirá piezas estándar que se encuentran muy dentro de la tolerancia de 1⁄5000 de pulgada de exactitud perfecta.

También es un testimonio maravilloso de la calidad de los materiales empleados el hecho de que, si se cuida debidamente, un motor que ha dado muchos millones de revoluciones, a un ritmo de 1.000 a 2.000 por minuto, a menudo no muestre signos apreciables de desgaste. En una prueba en particular, un motor funcionó de forma continua durante varios meses, y al final de la prueba se encontraba en condiciones absolutamente perfectas.

Las manivelas giran en un cárter estanco al aceite (generalmente de aluminio) y se sumergen en aceite, que salpican hacia el cilindro para mantener el pistón bien lubrificado.

La placa, P P, a través de cuya ranura trabaja el vástago del pistón, evita que se proyecte hacia arriba un exceso de aceite. Se proporcionan canales para conducir el aceite hacia los cojinetes.

Las manivelas están desfasadas 180°. Mientras un pistón es impulsado hacia afuera por una explosión, el otro comprueba su carga antes de la ignición, de modo que una acción amortigua la otra. Por lo tanto, ocurren dos explosiones en una revolución de las manivelas y ninguna durante la revolución siguiente. Si ambas manivelas estuvieran alineadas, los pistones se moverían juntos, produciendo una explosión en cada revolución.

Los asientos de las válvulas, así como los tubos de admisión y de escape, se ven en sección. La válvula de admisión aquí funciona automáticamente, siendo introducida por succión; pero en muchos motores —en todos los motores potentes— la admisión, al igual que la válvula de escape, es levantada por una leva, para evitar que se atasque o funcione de manera irregular. Tres círculos de puntos muestran A, un engranaje en el cigüeñal; B, un engranaje "auxiliar", que transmite el movimiento a C, en un eje corto que hace girar la leva que levanta la válvula de escape. C, al tener el doble de dientes que A, gira a la mitad de su velocidad. Esto asegura que la válvula sea levantada solo una vez cada dos revoluciones del cigüeñal al que está acoplada. Los engranajes están sincronizados, o dispuestos, de modo que la leva comienza a levantar la válvula cuando el pistón ha completado aproximadamente siete octavos de su carrera de explosión, y cierra la válvula al final de la carrera de escape.

EL CARBURADOR.

Un automóvil suele emplear gasolina como combustible. La gasolina es uno de los productos más volátiles del petróleo y tiene una gravedad específica de unos 680; es decir, volumen por volumen, su peso guarda con el agua la proporción de 680 a 1.000. Es extremadamente peligrosa, ya que desprende un gas inflamable a temperaturas ordinarias. La bencina, que utilizamos para limpiar la ropa, es prácticamente igual a la gasolina y debe tratarse con el mismo cuidado.

La función de un carburador es reducir la gasolina a un rociado muy fino y mezclarla con la debida cantidad de aire. El dispositivo consta de dos partes principales (Fig. 44): la cámara del flotador y la cámara del surtidor.

En la primera hay un mecanismo para regular el suministro de gasolina. Un flotador —un corcho o una caja metálica hermética— está dispuesto para moverse libremente hacia arriba y hacia abajo por el vástago de una válvula de aguja, la cual cierra la entrada procedente del depósito. En el fondo de la cámara hay dos palancas pivotantes, W W, que, cuando el flotador descansa sobre ellas, se inclinan y levantan la válvula.

La gasolina fluye hacia dentro y eleva el flotador. Esto permite que la válvula baje e interrumpa el suministro. Si la válvula ajusta bien y el flotador tiene el peso correcto, la gasolina nunca subirá por encima de la punta del surtidor G.

La succión del motor hace que la gasolina brote a través del surtidor (que tiene un orificio muy pequeño en su extremo) y se atomice contra un cono pulverizador, A. Luego pasa al tubo de admisión del motor a través de una serie de aberturas, después de mezclarse con el aire que entra por debajo.

Una entrada de aire adicional, controlable por el conductor, se añade generalmente, a menos que el carburador sea de un tipo que mantenga automáticamente proporciones constantes de aire y vapor.

La cámara del surtidor suele estar rodeada por una camisa, a través de la cual circula una parte de los gases de escape calientes. Especialmente en clima frío, esto constituye una valiosa ayuda para la vaporización.

IGNICIÓN DE LA CARGA.

Todos los automóviles de gasolina emplean ahora encendido eléctrico. Hay dos sistemas principales: (1) mediante acumulador y bobina de inducción; (2) encendido por magneto, por medio de una pequeña dinamo accionada por el motor.

Una disposición general del primero se muestra en la Fig. 45.

Un disco, D, de algún material aislante —fibra o vulcanita— está montado en el árbol de levas, o eje de medio régimen. En la circunferencia hay empotrada una pieza de latón, llamada pieza de contacto, a través de la cual pasa un tornillo hacia el árbol de levas.

Una placa móvil, M P, que puede girar concéntricamente con D a través de una parte de un círculo, lleva un bloque de «frotamiento» en el extremo de un muelle, el cual lo presiona contra D. El propio muelle está sujeto a una placa aislada.

Cuando la revolución de D junta el frotamiento y el contacto, la corriente fluye desde el acumulador a través del interruptor S hasta el frotamiento; a través de la pieza de contacto hasta C; desde C hasta M P y la bobina de inducción; y de vuelta al acumulador. Este es el circuito primario, o de baja tensión.

Una corriente de alta tensión es inducida por la bobina en el circuito secundario, indicado por líneas de puntos.¹⁰

En este circuito se encuentra la bujía (véase la Fig. 46), que tiene una varilla central aislada en conexión con un terminal de la bobina secundaria. Entre esta y un alambre doblado que sobresale de la carcasa de hierro de la bujía (en contacto con el otro terminal de la bobina secundaria a través del metal del motor, al cual está conectado un cable del circuito) hay un pequeño espacio, a través del cual salta la corriente secundaria cuando la corriente primaria se interrumpe al separarse el contacto de frotamiento. La chispa es sumamente caliente y basta para encender la carga comprimida en el cilindro.

ADVANCING THE SPARK.

Suponeremos que la posición de W (en la Fig. 45) es tal que el contacto toca a W en el momento en que el pistón acaba de completar la carrera de compresión.

Ahora bien, la combustión real de la carga requiere un tiempo apreciable y, con el motor funcionando a alta velocidad, el pistón ya habría recorrido un trecho hacia abajo por el cilindro antes de que se desarrollara toda la fuerza de la explosión.

Pero al levantar la palanca L, la posición de W puede alterarse de modo que el contacto se realice un poco antes de que la carrera de compresión se complete, de manera que la carga esté bien encendida para cuando el pistón haya cambiado de dirección. Esto se denomina avanzar el encendido.

GOBERNAR EL MOTOR.

Existen varios métodos para regular la velocidad de los motores de combustión interna. El mecanismo de funcionamiento en la mayoría de los casos es un regulador centrífugo de bolas. Cuando la velocidad alcanza el límite establecido, este (1) levanta la válvula de escape, de modo que no se admitan cargas frescas; (2) impide la apertura de la válvula de admisión; o (3) estrangula el suministro de gas. Este último es el método más utilizado actualmente en los automóviles, junto con algún dispositivo para desactivarlo cuando el conductor desea superar la velocidad máxima que normalmente permite.

En la fig. 47 se presenta un esquema de un regulador ordenado con un accesorio de regulación.

El eje del regulador es accionado por el motor. A medida que las bolas, B B, aumentan su velocidad, se alejan del eje y mueven los brazos, A A, y un tubo deslizante, C, hacia la derecha.

Esto hace oscilar la palanca R y permite que las válvulas del tubo de admisión se cierren y reduzcan el suministro de aire y gas. Una cuña, W, que puede ser subida o bajada mediante la palanca L, interviene entre el extremo de R y el vástago de la válvula.

• Si esta palanca se eleva a su posición más alta, la regulación comienza a una menor velocidad, ya que la válvula tiene entonces una distancia corta que recorrer antes de cerrarse por completo.
• Para altas velocidades, el operador baja L, fuerza la cuña hacia abajo y minimiza así el efecto del regulador.

EL EMBRAGUE.

El eje del motor lleva en su extremo posterior el volante, que tiene una llanta ancha y pesada, torneada con una forma cónica en su interior. Cerca de este, girando loco sobre el eje, se encuentra el disco de embrague, un disco pesado con un borde ancho cuya forma se adapta al interior del volante. Generalmente está revestido de cuero. Un resorte muy fuerte presiona el disco contra el volante, y la fricción resultante es suficiente para evitar cualquier deslizamiento.

Los salientes en la parte posterior del embrague engranan con el eje de la caja de cambios. El conductor desacopla el embrague pisando una palanca con el pie.

Algunos embragues prescinden del forro de cuero. Estos se denominan embragues metal contra metal.

LA CAJA DE CAMBIOS.

Llegamos ahora a un detalle muy interesante del automóvil: la caja de cambios.

La máquina de vapor aumenta su velocidad admitiendo más vapor en los cilindros. Pero un motor de explosión debe funcionar a gran velocidad para desarrollar toda su potencia, y cuando hay que realizar un trabajo más pesado en una cuesta, resulta necesario alterar la relación de velocidad entre el motor y las ruedas motrices.

Nuestra ilustración (Fig. 48) ofrece una sección de una caja de cambios, que servirá como un ejemplo típico. Proporciona tres velocidades de avance y una marcha atrás. Para comprender cómo funciona, debemos estudiar la ilustración atentamente.

• El piñón 1 está montado en un eje hueco accionado por el embrague.
• En el eje hueco sobresale el extremo de otro eje que lleva los piñones 6 y 4.
• El piñón 6 se desliza arriba y abajo por este eje, que es cuadrado en este punto, pero redondo por dentro del piñón loco 4.
• Los piñones 2 y 3 están calados en un eje secundario cuadrado, y engranan respectivamente y de forma continua con el 1 y el 4; pero el 5 puede deslizarse hacia adelante y hacia atrás para engranar o desengranar con el 6.

En la ilustración no hay ninguna marcha «puesta». Si el motor está en funcionamiento, el 1 hace girar al 2, el 2 hace girar al 3, y el 3 hace girar al 4 en vacío sobre su eje.

Para obtener la velocidad más baja, o "primera", el conductor mueve su palanca y engrana la pieza 5 con la 6. La transmisión queda entonces así: 1 hace girar a 2, 2 hace girar a 5, 5 hace girar a 6, y 6 hace girar el árbol de transmisión a través de la junta universal.

Para la segunda velocidad, 5 y 6 se desengranan, y 6 se desplaza hacia arriba en la página, por así decirlo, hasta que los salientes de esta encajan con las ranuras de 4; accionando así el eje 1, 2, 3, 4.

Para la tercera velocidad, o "directa", 6 se desplaza hacia abajo para conectarse con 1, y acopla el eje del motor directamente con el árbol de transmisión.

La «marcha atrás» se logra levantando un piñón largo, el 7, que se encuentra en la caja de engranajes debajo del 5 y el 6. La transmisión es entonces 1, 2, 5, 7, 6. Al haber ahora un número impar de piñones engranados, el eje de la hélice gira en dirección inversa a la del eje del motor.

EL MECANISMO DE COMPENSACIÓN.

Cada eje de un tren ferroviario lleva una rueda en cada extremo, rígidamente fija a él. Al tomar una curva, la rueda exterior tiene que recorrer más distancia que la otra y, en consecuencia, una o ambas ruedas deben deslizar. Sin embargo, las curvas se hacen tan suaves que la cantidad de deslizamiento es muy pequeña.

Pero con una locomotora de carretera, un automóvil o un triciclo el caso es diferente, ya que todos deben describir círculos de un diámetro muy pequeño en proporción a la longitud del vehículo. Por lo tanto, en todos los casos se instala un mecanismo compensador para permitir que las ruedas giren a diferentes velocidades, permitiendo al mismo tiempo que ambas hagan tracción.

La fig. 49 es un croquis exagerado del mecanismo. Los ejes de las ruedas motrices giran dentro de unos tubos unidos a los resortes y a una carcasa central (no mostrada), y terminan en grandes ruedas cónicas, C y D. Entre ellas hay pequeños conos montados en un árbol soportado por el tambor de accionamiento. Si este último se hace girar, los conos harían girar a C y D a velocidades iguales, suponiendo que ambos ejes giran sin fricción en sus cojinetes.

Supondremos que el tambor gira 50 veces por minuto. Ahora bien, si se detiene una rueda, la otra girará 100 veces por minuto; o, si se frena una, la otra aumentará su velocidad en una cantidad correspondiente. La velocidad media sigue siendo 50. Cabe mencionar que el tambor A lleva incorporada en el exterior una rueda cónica (no mostrada) que es movida por un cono más pequeño en el extremo del árbol de transmisión.

THE SILENCER.

El motor de gasolina, tal como se usa actualmente, emite los productos de la combustión a alta presión. Si no se controlan, se expanden violentamente y provocan un vacío parcial en el tubo de escape, hacia el cual el aire regresa con tanta violencia que produce un fuerte ruido.

Por lo tanto, se instalan dispositivos llamados silenciadores para hacer que el escape sea más gradual y dividirlo entre una serie de pequeñas aberturas.

La forma más sencilla de silenciador es una caja cilíndrica con varios tubos finamente perforados que la atraviesan de un extremo a otro. Los gases de escape que fluyen hacia el interior de la caja mantienen una presión constante algo superior a la de la atmósfera, pero como los gases escapan de ella en un flujo bastante constante, el ruido se convierte en un suave siseo en lugar de una «explosión».

Existen numerosos tipos de silenciadores, pero todos emplean este principio de una forma u otra.

LOS FRENOS.

Cada automóvil lleva al menos dos frenos de banda: uno, accionado generalmente por una palanca lateral de mano, que actúa sobre el eje o los cubos de la rueda motriz; el otro, operado por el pie, que actúa sobre el mecanismo de transmisión (véase la Fig. 48).

Este último freno suele estar dispuesto para desacoplar el embrague simultáneamente. Las pruebas han demostrado que incluso los automóviles pesados pueden detenerse en distancias sorpresivamente corta, considerando su velocidad de marcha.

Los ensayos realizados en los Estados Unidos con un automóvil de turismo y un carruaje de cuatro caballos arrojaron 25⅓ y 70 pies respectivamente para la distancia en la cual la velocidad podía reducirse de dieciséis millas por hora a cero.

VELOCIDAD DE LOS COCHES.

En cuanto a la velocidad, los automóviles pueden competir con los trenes exprés más rápidos, incluso en trayectos largos. De hecho, las proezas realizadas durante las carreras Gordon-Bennett y otras competiciones han igualado los registros ferroviarios en distancias equivalentes.

Si pasamos a las velocidades récord, encontramos un coche, construido especialmente para tal fin, que recorre una milla en menos de medio minuto. Se ha llegado a alcanzar realmente una velocidad superior a las 120 millas por hora. Hoy en día se pueden acoplar motores de 150 caballos de fuerza en un vehículo que pesa menos de 1½ toneladas. Incluso en los coches de turismo se encuentran a menudo motores que desarrollan de 40 a 60 caballos de fuerza, los cuales impulsan el coche por colinas empinadas a un ritmo poco menos que asombroso.

En el futuro, el automóvil revolucionará nuestros modos de vida hasta un punto comparable a los cambios producidos por la llegada de la máquina de vapor. Ya desde 1896, cuando se abolió en las islas británicas la ley del «hombre con la bandera», el motor ha acortado distancias, abierto regiones rurales y, en general, acelerado los latidos de la comunidad de una manera que hace arriesgado profetizar cómo vivirá la próxima generación.

Nota.—El autor está muy agradecido al Sr. Wilfrid J. Lineham, M. Inst. C.E., por varias de las ilustraciones que aparecen en el capítulo anterior.

# Capítulo V.

APARATO ELÉCTRICO.

¿Qué es la electricidad?—Formas de electricidad—Magnetismo—El imán permanente—Líneas de fuerza—Electroimanes—El timbre eléctrico—La bobina de inducción—El condensador—Transformación de corriente—Usos de la bobina de inducción.

WHAT IS ELECTRICITY?

De la naturaleza última de la electricidad, al igual que de la del calor y la luz, somos por el momento ignorantes.

Pero se ha establecido claramente que los tres fenómenos no son más que manifestaciones de la energía que impregna el universo. Mediante aparatos adecuados, una forma puede convertirse en otra forma.

El calor del combustible quemado en el hogar de una caldera desarrolla energía mecánica en la máquina a la que la caldera alimenta con vapor. La máquina hace girar una dinama, y la corriente eléctrica así generada puede hacerse pasar a través de cables para producir movimiento mecánico, calor o luz.

Debemos permanecer contentos, por tanto, con asumir que la electricidad es energía o movimiento transmitido a través del éter de molécula a molécula, o de átomo a átomo, de la materia.

La investigación científica nos ha enseñado a producirla a voluntad, a someterla a nuestros usos y a medirla; pero no qué es. Esa pregunta puede, tal vez, permanecer sin respuesta hasta el final de la historia humana.

Una gran dificultad que conlleva la explicación de la acción eléctrica es esta: que, salvo en uno o dos casos, no se puede establecer ninguna comparación entre ella y el funcionamiento de los gases y los fluidos.

Cuando se trata de la máquina de vapor, cualquier inteligencia corriente capta pronto los principios que rigen el uso del vapor en los cilindros o turbinas. Los diagramas muestran, según se espera, con bastante claridad "cómo funciona".

Pero la electricidad es esquiva, invisible; y las mayores autoridades no pueden decir qué sucede en los polos de un imán o en la superficie de un cuerpo electrizado. Incluso la existencia de electricidad "negativa" y "positiva" es problemática.

Sin embargo, vemos los efectos, y sabemos que si se hace una cosa, otra cosa sucede; de modo que al menos somos capaces de utilizar términos que, si bien son convenientes, por el momento no son rebatidos por el progreso científico.

FORMAS DE ELECTRICIDAD.

Frota una varilla de ebonita y acerca un extremo a unos pequeños trozos de papel.

Vuelan hacia ella, se adhieren a ella por un tiempo y luego se caen. La varilla estaba electrizada —es decir, su superficie fue afectada de tal manera que quedó en un estado de tensión molecular que el contacto de los fragmentos de papel alvió.

Frotando grandes superficies y recolectando la electricidad en receptores adecuados, se puede lograr que la tensión se libere en forma de una descarga violenta acompañada de un brillo intenso. Esta forma de electricidad se conoce como estática.

A continuación, coloque una placa de cobre y una placa de cinc en un frasco lleno de ácido sulfúrico diluido. Si se les conecta un cable, se dice que una corriente de electricidad fluye a través del cable. No debemos imaginar, sin embargo, que algo se mueve realmente por el interior del cable, como el agua, el vapor o el aire pasan a través de una tubería. El profesor Trowbridge dice:¹¹

"Ningún otro medio de transmisión de energía puede ser detenido por obstáculos tan leves como la electricidad. Una fina hoja de papel colocada a través de un tubo que transporta aire comprimido sería rota instantáneamente. Se necesitaría un muro de acero de al menos una pulgada de grosor para soportar la presión del vapor que acciona un motor de 10.000 caballos de fuerza. Una fina capa de suciedad bajo las ruedas de un vagón eléctrico puede impedir que la corriente que impulsa el vagón pase al riel y, desde allí, de regreso a la central eléctrica".

Habría, en verdad, una perforación en el papel si la corriente tuviera el voltaje o la presión suficientes; sin embargo, sigue siendo un hecho que la electricidad de corriente puede confinarse muy fácilmente a su conductor mediante algún envoltorio aislante o no conductor.

MAGNETISMO.

La forma de electricidad más familiar es la conocida como magnetismo. Cuando una barra de acero o de hierro está imantada, se supone que las moléculas que contiene giran y se disponen de modo que todos sus polos buscadores del norte queden orientados hacia un extremo de la barra, y sus polos buscadores del sur hacia el otro. Si la barra se equilibra libremente sobre un pivote, se detiene apuntando hacia el norte y el sur; pues, al ser la tierra un imán enorme, su polo norte atrae todos los polos buscadores del norte de las moléculas, y sus polos sur, los polos buscadores del sur. (El polo buscador del norte de un imán se marca con una N., aunque en realidad es el polo sur; pues los polos opuestos se atraen mutuamente, y los iguales se repelen).

Hay dos formas de imán: permanente y temporal. Si se imanta el acero, este lo sigue siendo; pero el hierro dulce pierde prácticamente todo su magnetismo tan pronto como se retira la causa de la imantación. Esto es lo que cabría esperar, ya que el acero tiene una estructura más compacta que el hierro y, por lo tanto, las moléculas podrían girar con mayor facilidad.¹²

Es una fortuna para nosotros que esto sea así, ya que de la rápida imantación y desimantación del hierro dulce depende el funcionamiento de muchos de nuestros mecanismos eléctricos.

EL IMÁN PERMANENTE.

Los imanes son (1) rectos, en cuyo caso se llaman imanes de barra; o (2) en forma de herradura, como en las Figs. 50 y 51. Al doblar el imán, los dos polos se juntan, y la atracción de ambos puede ejercerse simultáneamente sobre una barra de acero o hierro.

LÍNEAS DE FUERZA.

En la Fig. 50 se observa un cierto número de líneas de puntos. Estas se llaman líneas de fuerza magnética.

Si se coloca una hoja de papel sobre un imán de herradura y se espolvorea con limaduras de hierro, se notará inmediatamente cómo las partículas se disponen en curvas de forma similar a las que se muestran en la ilustración.

Se supone (no se puede probar) que la fuerza magnética fluye desde el polo N. y describe un recorrido circular a través del aire de regreso al polo S. La misma observación se aplica al imán de barra.

IMANES ELÉCTRICOS.

Si se enrolla un alambre aislado alrededor de una barra de acero o de hierro de un extremo a otro, y se conectan sus extremos a los bornes de una batería eléctrica, la corriente gira alrededor de la barra y esta se magnetiza.

Al aumentar la intensidad y el volumen de la corriente, y multiplicar el número de vueltas del alambre, la fuerza atractiva del imán se incrementa.

Ahora desconecte los alambres de la batería. Si es de hierro, el imán pierde inmediatamente su fuerza atractiva; pero si es de acero, la retiene en parte.

En lugar de una simple barra en forma de herradura, para los electroimanes de este tipo se suelen utilizar dos barras más cortas remachadas en una placa. Se devanan bobinas de alambre alrededor de cada barra y se conectan de modo que formen un todo continuo; pero el alambre de una bobina se enrolla en dirección opuesta a la de la otra. El extremo libre de cada una va a un borne de la batería.

En la Fig. 51 notará que algunas de las "líneas de fuerza" se desvían a través de la barra de hierro A. Estas pasan más fácilmente por el hierro que por el aire, y elegirán el hierro por preferencia. La atracción ejercida por un imán sobre el hierro puede deberse al esfuerzo de las líneas de fuerza por acortar sus trayectorias. Es evidente que cuanto más se acerque A a los polos del imán, menor será la distancia que se debe recorrer desde un polo hasta la barra, a lo largo de esta, y de regreso al otro polo.

Habiendo considerado ya la electricidad en tres de sus formas —estática, dinámica y rotatoria—, pasaremos a algunas de sus aplicaciones.

EL TIMBRE ELÉCTRICO.

Un aparato adecuado para empezar es el timbre eléctrico, que ha sustituido en gran medida a los timbres de tirador de alambre. Estos últimos causan muchos problemas a veces, ya que si un alambre se rompe puede ser necesario levantar alfombras y tablas del suelo para arreglar las cosas. Su instalación no es simple, pues en cada esquina debe colocarse una manivela para alterar la dirección del tiro, y las manivelas implican una mayor fricción.

Pero una vez que los cables eléctricos se han instalado correctamente, no debería haber necesidad de tocarlos durante un período indefinido. Pueden llevarse por tantas esquinas como se desee sin perder nada de su conductividad, y colocarse donde resulte más conveniente para su revisión.

Un solo timbre puede servir a un gran número de habitaciones si se utiliza un indicador para mostrar de dónde provino la llamada, mediante una tarjeta que aparece en una de varias ventanillas pequeñas. Antes de responder a una llamada, el encargado presiona un botón para devolver la tarjeta a su posición normal.

En la Fig. 52 tenemos una vista esquemática de un timbre eléctrico y su corriente.

Cuando se presiona el pulsador del timbre, la corriente fluye desde la batería hasta el borne T¹, alrededor del electroimán M, a través de la columna P y los resortes de acero plano S y B, a través del tornillo con punta de platino, y regresa a la batería a través del pulsador. La circulación de corriente magnetiza M, el cual atrae la armadura de hierro A, unida al resorte S, y atrae el martillo H hacia el gong. Justo antes de que se produzca el golpe, el resorte B se separa de la punta del tornillo y el circuito se abre, de modo que el imán deja de atraer. H es llevado por su inercia contra el gong, y es retirado por el resorte, hasta que B vuelve a hacer contacto y el imán se vuelve a excitar. Las vibraciones del martillo se repiten muchas veces por segundo mientras el pulsador permanezca presionado.

El timbre eléctrico se utiliza para tantos fines que no todos pueden señalarse. Desempeña un papel especialmente importante en las instalaciones telefónicas para llamar la atención de los abonados, forma parte de las alarmas automáticas contra incendios y robos, y es un accesorio necesario en las cabinas de señales ferroviarias.

LA BOBINA DE INDUCCIÓN O RUHMKORFF.

Se hizo referencia en relación con el encendido eléctrico de los motores de combustión interna (p. 101) a la bobina de inducción. Este es un dispositivo para aumentar el voltaje, o la presión, de una corriente.

El acumulador de dos elementos que lleva un automóvil proporciona un voltaje (también llamado fuerza electromotriz = F.E.M.) de 4,4 voltios.

Si conecta un cable a un terminal del acumulador y frota el extremo suelto rápidamente contra el otro terminal, notará que una chispa brillante pasa entre el cable y el terminal. En realidad hay dos chispas, una cuando se tocan y otra cuando se separan, pero ocurren tan juntas que el ojo no puede separar ambas impresiones.

Una chispa de este tipo no sería lo suficientemente caliente como para encender una carga en el cilindro de un motor, por lo que se utiliza una chispa de la bobina de inducción.

Damos un esquema de la bobina de inducción en la Fig. 53. Consiste en un núcleo de alambres de hierro dulce alrededor del cual se arrolla una capa de alambre grueso aislado, indicado por la línea gruesa.

Un extremo del devanado de esta bobina primaria está conectado a la batería, y el otro a la base de un martillo, H, que vibra entre el extremo del núcleo y un tornillo, S, que atraviesa un soporte vertical, T, conectado al otro borne de la batería.

La acción del martillo es exactamente la misma que la del inducido de un timbre eléctrico.

Por fuera de la bobina primaria van enrolladas muchas vueltas de un hilo mucho más fino, completamente aislado de la bobina primaria. Los extremos de esta bobina secundaria están unidos a los objetos (en el caso de un automóvil, el hilo aislado de la bujía y un hilo que sobresale de su carcasa exterior de hierro) entre los cuales ha de saltar una chispa.

Tan pronto como H toca a S, el circuito se completa. El núcleo se convierte en un potente imán con líneas de fuerza externas que van de un polo al otro por encima y entre las espiras de la bobina secundaria.

H es atraído casi instantáneamente por el núcleo, y se produce la interrupción. Las líneas de fuerza ahora (al menos eso se supone) se hunden en el núcleo, cortando las espiras del «secundario» y haciendo que una potente corriente fluya a través de ellas.

• Cuanto mayor es el número de espiras, mayor es el número de veces que se cortan las líneas de fuerza, y más fuerte es la corriente.

Si es lo suficientemente intensa, salta cualquier espacio en el circuito secundario, calentando el aire intermedio hasta un estado de incandescencia.

EL CONDENSADOR.

La separación repentina de H y S produciría fuertes chispas a través del espacio entre ellos si no fuera por el condensador, el cual consta de varias hojas de papel de estaño separadas por capas de papel parafinado. Todas las hojas «impares» están conectadas con T, y todas las «pares» con T¹.

Ahora bien, cuanto más rápida sea la extinción del magnetismo en el núcleo tras la «ruptura» del circuito primario, más rápidamente colapsarán las líneas de fuerza y más intensa será la corriente inducida en la bobina secundaria.

El condensador disminuye en gran medida el período de extinción, al tiempo que alarga el período de magnetización tras el «cierre» de la corriente primaria, disminuyendo así la intensidad de la corriente inversa.

TRANSFORMACIÓN DE CORRIENTE.

La diferencia en el voltaje de las corrientes primaria y secundaria depende de la longitud de los bobinados.

Si hay 100 espiras de alambre en el primario, y 100 000 espiras en el secundario, el voltaje se multiplicará por 1000; de modo que una corriente de 4 voltios se "eleva" a 4000 voltios.

En las bobinas de inducción más grandes, el bobinado secundario absorbe de 200 a 300 millas de alambre, y la chispa producida puede alcanzar hasta cuatro pies de longitud. Dicha chispa perforaría una placa de vidrio de dos pulgadas de espesor.

No debe suponerse que una bobina de inducción aumenta la cantidad de corriente emitida por una batería. Simplemente aumenta su presión a expensas de su volumen; por decirlo así, almacena su energía hasta que hay suficiente para lograr lo que un flujo de baja tensión no podría efectuar.

Una comparación justa sería imaginar la energía de la corriente de baja tensión como el impulso de una serie de pequeñas piedras arrojadas sucesivamente contra una puerta, digamos que 100 por minuto. Si siguieras apedreando la puerta durante horas podrías no causar ningún impacto en ella, pero si pudieras amasar cada 100 piedras en una sola y arrojar estas piedras una por minuto, pronto derribarías la puerta.

Cualquier corriente intermitente puede transformarse en cuanto a su intensidad.

Puede usted o bien aumentar su presión mientras disminuye su caudal, o amperaje; o bien disminuir su presión y aumentar su caudal.

En el caso que hemos considerado, una corriente continua de batería se vuelve intermitente mediante un artificio mecánico. Pero si la corriente procede de un dínamo "alterno" —es decir, si ya es intermitente—, el ruptor de contacto no es necesario.

Habrá más que decir sobre la transformación de corriente en los párrafos posteriores.

USOS DE LA BOBINA DE INDUCCIÓN.

La bobina de inducción se utiliza:—(1.) Para hacer pasar corrientes a través de tubos de vidrio casi sin aire o que contienen gases altamente enrarecidos. Los efectos luminosos de estos tubos «Geissler» son muy hermosos. (2.) Para producir los ahora famosos rayos X o rayos Röntgen. Estos rayos acompañan a los rayos de luz emitidos en el terminal negativo (cátodo) de un tubo de vacío, y son invisibles al ojo a menos que sean captados en una pantalla fluorescente, la cual reduce su velocidad de vibración lo suficiente para que el ojo sea sensible a ellos. Los rayos Röntgen tienen la peculiar propiedad depenetrar muchas sustancias bastante opacas a la luz, tales como metales, piedra, madera, etc., y como consecuencia han resultado de gran utilidad para el cirujano al localizar o determinar la naturaleza de una lesión interna. También tienen un efecto disuasorio sobre los crecimientos cancerosos. (3.) En la telegrafía sin hilos, para provocar potentes oscilaciones eléctricas en el éter. (4.) En los automóviles, para encender las cargas de los cilindros. (5.) Para el masaje eléctrico del cuerpo.

# Capítulo VI.

# EL TELÉGRAFO ELÉCTRICO.

Instrumentos de aguja—Influencia de la corriente sobre la aguja magnética—Método para invertir la corriente—Instrumentos acústicos—Relés telegráficos—Telégrafos registradores—Telegrafía de alta velocidad.

Toma una brújula de bolsillo pequeña y enrolla varias vueltas de alambre fino aislado alrededor de la caja, pasando por encima y por debajo.

Ahora coloca la brújula sobre una mesa y gírala hasta que la bobina quede alineada con la aguja; de hecho, hasta que la cubra.

A continuación, toca los bornes de una pila con los extremos del alambre. La aguja se desvía de inmediato hacia la derecha o hacia la izquierda, y permanece en esa posición mientras circule la corriente.

Si inviertes los alambres, invirtiendo así la dirección de la corriente, la aguja apunta de inmediato en dirección contraria.

A este comportamiento de una aguja magnética cuando se encuentra en un «campo magnético» debemos la existencia del aparato de telégrafo de aguja.

INSTRUMENTOS DE AGUJA.

Probablemente el instrumento de aguja más conocido sea el de Cooke-Wheatstone, utilizado en gran medida en las casetas de señales y en algunas oficinas de correos. En la Fig. 54 se muestra una sección vertical del mismo. Consta de una base, B, y de un frente vertical, A, a cuya parte posterior van fijadas dos bobinas huecas a ambos lados de una aguja magnética montada en el mismo eje que una segunda aguja de cuadrante, N, situada en el exterior del frente.

Los hilos W W están conectados a la línea telegráfica y al conmutador, un dispositivo que, cuando el operador mueve la palanca H hacia la derecha y hacia la izquierda, invierte continuamente la dirección de la corriente. Las agujas de los aparatos receptores y transmisores se balancean de acuerdo con los movimientos de la palanca. Uno o más movimientos forman una letra alfabética del código Morse.

Así, si la aguja apunta primero a la izquierda, y luego a la derecha, y se detiene en una posición normal durante un momento, se indica la letra A; derecha-izquierda-izquierda-izquierda en rápida sucesión = B; derecha-izquierda-derecha-izquierda = C, y así sucesivamente.

Cuando se utiliza un instrumento marcador, un punto significa una «izquierda», y una raya, una derecha; y si se emplea un «receptor acústico», el operador juzga por la longitud de los intervalos entre los clics.

INFLUENCIA DE LA CORRIENTE SOBRE UNA AGUJA MAGNÉTICA.

Las Figs. 55 y 56 son dos vistas de las bobinas y la aguja magnética del instrumento de Wheatstone tal como aparecen desde atrás.

En la Fig. 55 la corriente entra en la bobina izquierda por la izquierda, y gira a su alrededor en el sentido de las agujas del reloj hasta el otro extremo, de donde pasa a la otra bobina y sale hacia la pila. Ahora bien, una bobina por la que pasa una corriente se convierte en un imán. Su polaridad depende del sentido en que fluye la corriente.

Supóngase que se está mirando a través de la bobina y que la corriente entra en ella por el extremo del observador. Si el hilo está enrollado en el sentido de las agujas del reloj, el polo S estará más cerca de usted; si es en sentido contrario, el polo N.

En la Fig. 55 los polos N están en el extremo derecho de las bobinas, y los polos S en el extremo izquierdo; por tanto, el polo N de la aguja es atraído hacia la derecha, y el polo S hacia la izquierda.

• Cuando se invierte la corriente, como en la Fig. 56, la aguja se desplaza.
• Si no pasa corriente, permanece vertical.

MÉTODO PARA INVERTIR LA CORRIENTE.

Un método sencillo para cambiar la dirección de la corriente en un circuito de dos instrumentos se muestra esquemáticamente en la Fig. 57. El principio se emplea en el instrumento de aguja de Wheatstone.

Los bornes de la batería en cada estación están unidos a dos placas de latón, A B, A¹ B¹. Cruzando estas en ángulo recto (por debajo de A A¹ y por encima de B B¹) se encuentran los resortes planos de latón, L R, L¹ R¹, que tienen botones en sus extremos inferiores y están fijos por sus extremos superiores a tableros de base. Cuando están en reposo, todos presionan hacia arriba contra las placas A y A¹ respectivamente.

R y L¹ están conectados con el circuito de línea, en el cual están las bobinas de los cuadrantes 1 y 2, uno en cada estación. L y R¹ están conectados con las placas de tierra E E¹.

Un operador en la estación 1 presiona R de modo que toque B. La corriente fluye ahora desde la batería hasta B, de ahí a través de R hacia el circuito de línea, alrededor de las bobinas de ambos cuadrantes a través de L¹ A¹ y R hasta la placa de tierra E¹, a través de la tierra hasta E, y luego de regreso a la batería a través de L y A. Las agujas adoptan la posición mostrada.

Para invertir la corriente, el operador permite que R ascienda hasta entrar en contacto con A, y presiona L para que toque B. El recorrido puede seguirse fácilmente.

En el instrumento de «manivela abatible» de Wheatstone (Fig. 54), el conmutador puede describirse como un núcleo aislado sobre el cual hay dos trozos cortos de tubo de latón. Uno de estos tiene rozando contra él un muelle conectado al terminal + de la batería; el otro tiene una comunicación similar con el terminal –. De cada tubo sobresale una espiga, y de la placa base emergen cuatro tiras verticales de latón que no llegan a tocar el conmutador. Las de un lado conducen al circuito de línea, las del otro a la placa de tierra. Cuando la manivela se gira en un sentido, las espigas tocan la tira de línea delantera y la tira de tierra trasera, y vice versâ cuando se mueve en la dirección opuesta.

INSTRUMENTOS SONOROS.

A veces se adhieren pequeñas tiras de latón a la esfera de un instrumento de aguja para que la aguja golpee contra ellas. Como estas emiten notas diferentes, el operador puede comprender el mensaje solo de oído.

Pero el instrumento sonoro más utilizado es el receptor Morse, llamado así por su inventor. Para este no se necesita una corriente reversible. El receptor es simplemente un electroimán (conectado al circuito de línea y a una placa de puesta a tierra) que, cuando pasa una corriente, atrae una pequeña barra de hierro sujeta al centro de una palanca pivotante.

• El extremo libre de la palanca se mueve entre dos topes.
• Cada vez que la tecla transmisora de la estación emisora cierra el circuito, la palanca baja de golpe contra el tope inferior, para volver a subir cuando se abre el circuito.

La duración de su permanencia determina si se trata de un sonido "largo" o "corto".

RELÉS TELEGRÁFICOS.

Cuando una corriente eléctrica ha recorrido una larga distancia a través de un cable, su intensidad se reduce considerablemente debido a la resistencia del propio cable, y puede ser insuficiente para hacer que el electroimán del receptor telegráfico mueva la pesada palanca.

En lugar de que la corriente actúe directamente sobre el imán del receptor, se utiliza, por tanto, para energizar un pequeño imán, o relé, que baja una barra ligera y cierra un segundo circuito «local» —es decir, uno situado en el extremo receptor— accionado por una batería independiente que tiene la potencia suficiente para hacer funcionar el receptor.

GRABACIÓN DE TELÉGRAFOS.

Mediante la adaptación de una pequeña rueda en el extremo de la palanca de un receptor Morse, disponiendo un tintero en el que la rueda se sumerge cuando el extremo baja, y desplazando lentamente una cinta de papel para que la rueda presione contra ella cuando sube, se produce un tintero Morse autorregistrador.

El aparato de alimentación de la cinta se pone en marcha automáticamente por la corriente y continúa tirando de la cinta hasta que se completa el mensaje.

El teletipo Hughes cubre una hoja de papel con caracteres impresos en negrita de tipo romano.

El transmisor tiene un teclado en el que están marcadas letras, signos y números; también una rueda tipográfica, con los caracteres en su circunferencia, rotada por electricidad.

El receptor contiene mecanismos para rotar otra rueda tipográfica sincrónicamente —es decir, al mismo tiempo— con la primera; para desplazar la rueda a través del papel; para presionar el papel contra la rueda; y para mover el papel cuando se necesita una nueva línea. Estos mecanismos son demasiado complicados para describirlos aquí en detalle.

Mediante relés, un solo transmisor puede hacer funcionar quinientos receptores. En Londres, un solo operador, que controla un teclado en la oficina central de expedición, hace que mensajes mecanografiados se deletreen a sí mismos simultáneamente en máquinas distribuidas por toda la metrópoli.

El aparato de cinta se parece mucho en sus detalles al que acaba de describirse. La principal diferencia es que imprime en una cinta continua en lugar de en hojas.

En los vestíbulos de todos los hoteles y clubes principales de nuestras grandes ciudades, así como en las oficinas de banqueros, agentes de bolsa y directores de periódicos, se pueden encontrar impresoras eléctricas automáticas de un tipo u otro. Solo en Londres, los receptores imprimen más de 500 millones de palabras al año.

TELEGRAFÍA DE ALTA VELOCIDAD.

En ciertas épocas, o cuando ocurren acontecimientos políticos importantes, el servicio telegráfico se vería colapsado de noticias si no existiera algún medio para transmitir mensajes a una velocidad mucho mayor que la posible mediante la transmisión manual.

Cincuenta palabras por minuto es aproximadamente el límite de velocidad que un buen operador puede mantener. Mediante el transmisor automático de Wheatstone, la tasa puede aumentarse a 400 palabras por minuto.

Las cintas de papel son perforadas en máquinas especiales por varios oficinistas con una serie de agujeros que, según su posición, indican un punto o una raya. Las cintas se pasan a través de un transmisor especial, sobre pequeños cepillos eléctricos que hacen contacto a través de los agujeros con superficies conectadas al circuito de línea. En el extremo receptor, el mensaje es impreso por un tinterillo Morse.

Se ha descubierto que es posible enviar varios mensajes simultáneamente a través de una sola línea. Para lograr esto se utiliza un distribuidor con el fin de poner varios transmisores en un extremo de la línea en comunicación con un número igual de receptores en el otro extremo, alimentados por un segundo distribuidor que marcha en perfecta sincronía con el primero.

En lugar de que una señal llegue entera a cualquier instrumento, llega en pequeños fragmentos, pero estos se suceden tan de cerca que son prácticamente continuos. Mediante el funcionamiento de varios transmisores automáticos a través de un distribuidor, se pueden enviar fácilmente mil palabras o más por minuto a través de un solo hilo.

El sistema Pollak-Virag emplea una cinta perforada, y el receptor dibuja el mensaje en caracteres alfabéticos sobre una tira móvil de papel fotográfico sensibilizado.

Un espejo unido a un diafragma vibratorio refleja la luz de una lámpara sobre la tira, la cual es revelada y fijada automáticamente en baños químicos.

El método para mover el espejo de modo que los rayos tracen las palabras es sumamente ingenioso. Mediante este sistema se han transmitido mensajes a razón de 180.000 palabras por hora.

# Capítulo VII.

# TELEGRAFÍA SIN HILOS.

El aparato transmisor—El aparato receptor—Transmisión sintónica—El avance de la telegrafía sin hilos.

En nuestro último capítulo repasamos brevemente algunos sistemas para enviar mensajes telegráficos de un punto a otro de la superficie de la tierra a través de un circuito formado en parte por un hilo aislado y en parte por la propia tierra. La parte metálica de un circuito largo, especialmente si se trata de un cable submarino, resulta costosa de instalar, por lo que ya en los primeros tiempos de la telegrafía se hicieron esfuerzos para utilizar el ether en lugar del hilo como uno de los conductores.

Cuando un martillo golpea un yunque, el aire que lo rodea se perturba violentamente.

Esta perturbación se propaga a través de las moléculas del aire de un modo muy parecido a como las ondas se extienden a partir de la salpicadura de una piedra arrojada en un estanque. Cuando las ondas sonoras llegan al oído, agitan el tímpano, o membrana timpánica, y «oímos un ruido». El martillo es aquí el transmisor, el aire el conductor, el oído el receptor.

En la telegrafía sin hilos empleamos el éter como conductor de las perturbaciones eléctricas.¹³ Marconi, Slaby, Branly, Lodge, De Forest, Popoff y otros han inventado aparatos para provocar perturbaciones de la índole requerida y para detectar su presencia.

Las características principales de un equipo de telegrafía sin hilos se muestran en las Figs. 59 y 61.

EL APARATO TRANSMISOR.

Consideraremos primero el equipo transmisor (Fig. 59). Incluye una batería, un manipulador telegráfico y una bobina de inducción cuyos terminales del circuito secundario están conectados a dos cables, uno de los cuales conduce a una placa de tierra, mientras que el otro se eleva sobre postes o se suspende de una cometa.

En la gran estación de Poldhu, Cornualles, para la señalización transatlántica, hay torres de madera especiales de 215 pies de altura, entre las cuales cuelgan los cables aéreos. En sus extremos superior e inferior, respectivamente, los cables de tierra y aéreos terminan en esferas de latón separadas por un espacio.

Cuando el operador presiona el manipulador, la bobina de inducción carga estas esferas y los cables conectados a ellas con electricidad de alta tensión. Tan pronto como la cantidad acumulada supera la resistencia del espacio de aire, se produce una descarga entre las esferas, y el éter que rodea el cable aéreo se perturba violentamente, propagándose a través de él ondas de energía eléctrica. La rapidez con la que las descargas se suceden unas a otras y su alcance de propagación dependen de la potencia de la bobina de inducción, la longitud del espacio de aire y la capacidad de los cables.¹⁴

APARATO RECEPTOR.

El cuerpo humano es bastante insensible a estas ondas etéricas. No podemos sentir, oír ni ver las ondas. Pero en la estación receptora hay lo que puede llamarse un «ojo eléctrico». Técnicamente se llama cohesor.

Un cohesor de Marconi se ve en la Fig. 60. Dentro de un pequeño tubo de vidrio desprovisto de aire hay dos tapones de plata, P P, que llevan terminales, T T, que sobresalen a través del vidrio en ambos extremos. Un pequeño espacio separa los tapones en el centro, y este espacio está parcialmente lleno de polvo de plata y níquel.

Si los terminales del cohesor se conectan a los de una batería, prácticamente no pasará corriente en condiciones ordinarias, ya que las partículas de plata y níquel se tocan muy levemente y hacen un «mal contacto».

Pero si el cohesor también está conectado a cables que conducen a la tierra y al aire, y las ondas etéricas golpean esos cables, en cada impacto las partículas se cohesionarán —es decir, se empaquetarán apretadamente— y permitirán que pase la corriente de la batería.

La propiedad de cohesión de los pequeños cuerpos conductores cuando son influenciados por ondas hertzianas fue notada por primera vez en 1874 por el profesor D.E. Hughes mientras experimentaba con un teléfono.

Nos encontramos ahora en condiciones de examinar el aparato del cual el cohesor forma parte (Fig. 61).

Primeramente, observamos los cables aéreo y de tierra, a los cuales están unidos otros cables de la batería A. Este circuito de batería pasa alrededor del imán de relé R y a través de dos bobinas de bloqueo, cuya función es evitar que las ondas hertzianas entren en la batería.

El relé, al ser energizado, pone el contacto D contra E y cierra el circuito de la batería B, que es mucho más potente que la batería A, y acciona el imán M así como el vibrador, que es prácticamente un timbre eléctrico sin campana. (El circuito del vibrador se indica mediante las líneas de puntos).

Suponemos que el transmisor de una estación distante está en funcionamiento. Las ondas eléctricas chocan contra el hilo aéreo de la estación receptora y hacen que el cohesor se cohesione y deje pasar corriente. El relé se cierra, y tanto el repiqueteador como el tiralíneas Morse comienzan a funcionar. El repiqueteador golpea constantemente el cohesor y agita las partículas para soltarlas después de cada cohesión. Si esto no se hiciera, la corriente de A pasaría de manera continua una vez que hubiera tenido lugar la cohesión.

Cuando se presiona la tecla del transmisor, las ondas se suceden muy rápidamente, y la conductividad adquirida del cohesor es destruida solo momentáneamente por el golpe del martillo. Durante la impresión de un punto mediante el tiralíneas Morse, el contacto se establece y se interrumpe repetidamente; pero como la armadura del tiralíneas es pesada y lenta de mover, no vibra al mismo tiempo que el relé y el repiqueteador. Por lo tanto, el aparato Morse reproduce en puntos y rayas las pulsaciones breves y largas de la tecla en la estación transmisora, mientras que el repiqueteador funciona con rapidez al compás del relé.

El tiralíneas Morse se muestra en el diagrama. Mientras la corriente pasa a través de M, la armadura es atraída hacia él, el extremo P, que lleva una rueda entintada, se eleva, y se hace una marca en la cinta W, la cual se desplaza de manera continua al ser extraída del carretel R por la maquinaria de relojería o por los rodillos R¹ R² accionados eléctricamente.

TRANSMISIÓN SINTÓNICA.

Si varias estaciones transmisoras envían mensajes simultáneamente, una mezcla de señales afectaría a todos los receptores de los alrededores, a menos que se empleara algún método para hacer que un receptor fuera sensible únicamente a las ondas destinadas a influir en él. Asimismo, si la distinción fuera imposible, incluso con un solo transmisor en funcionamiento, su mensaje podría dirigirse a estaciones no deseadas.

Hay varias maneras de «sintonizar» receptores y transmisores, pero el principio subyacente en todas ellas es análogo al de la vibración mecánica.

Si se suspende un peso del extremo de un resorte en espiral y se le da un golpe hacia arriba, este sube y baja un cierto número de veces por minuto, y cada movimiento, desde el principio hasta el final, tiene exactamente la misma duración que los demás. La resistencia del aire y la fricción interna del resorte disminuyen gradualmente la amplitud de los movimientos, y el peso acaba por detenerse.

Supongamos que el peso es de 30 libras y que de forma natural sube y baja veinte veces por minuto.

• Si ahora tomas una pluma y le das un empujón cada tres segundos, puedes lograr que alcance un movimiento vigoroso, siempre y cuando cada empujón la alcance exactamente en el rebote.
• El mismo efecto se produciría más lentamente si se sustituyera por intervalos de 6 o 9 segundos.
• Pero si la golpeas a intervalos de 4, 5 o 7 segundos, dejará de oscilar gradualmente, ya que el efecto de un golpe neutraliza el del otro.

El mismo fenómeno se observa cuando dos diapasones de igual tono se montan cerca el uno del otro y se golpea uno de ellos. El otro no tarda en captar la nota. Pero un diapasón de un tono diferente permanecerá mudo.

Ahora bien, todo circuito eléctrico tiene un «periodo natural de oscilación» en el cual vibra su carga eléctrica. Se ha descubierto que es posible «sintonizar» la varilla o cable aéreo de una estación receptora con un transmisor.

Un cable vertical de unos 200 pies de longitud, señala el profesor J.A. Fleming,¹⁵ tiene un periodo natural de oscilación eléctrica de aproximadamente una millonésima de segundo. Por lo tanto, si las ondas golpean este cable un millón de veces por segundo, se reforzarán mutuamente e influirán en el coherer; mientras que una frecuencia menor o mayor lo dejará prácticamente inalterado.

Ajustando el circuito receptor al transmisor, o vice versâ, la telegrafía inalámbrica selectiva se hace posible.

AVANCE DE LA TELEGRAFÍA SIN HILOS.

La historia de la telegrafía sin hilos puede resumirse de la siguiente manera:—

1842.—El profesor Morse envió mensajes aéreos a través del río Susquehanna.

• Una línea que contenía una batería y un transmisor se extendía sobre postes a lo largo de una orilla y estaba conectada a «tierra» en el río en cada extremo.
• En la otra orilla había un segundo cable conectado a un receptor y conectado a tierra de manera similar.

Siempre que se establecía y se interrumpía el contacto en el lado de la batería, el receptor del otro lado se veía afectado. Distancia: aproximadamente 1 milla.

1859.—James Bowman Lindsay transmitted messages across the Tay at Glencarse in a somewhat similar way. Distance about ½ mile.

1885.—Sir William Preece transmitió señales desde Lavernock Point, cerca de Cardiff, hasta Steep Holm, una isla en el canal de Bristol. Distancia aproximada de 5½ millas.

En todas ellas se empleó la inducción eléctrica de corriente.

1886.—Descubrimiento de las ondas hertzianas.

1895.—El profesor A. Popoff envió mensajes mediante ondas hertzianas a una distancia de 3 millas.

1897.—Marconi envió señales desde el Hotel Needles, en la Isla de Wight, hasta Swanage; 17½ millas.

1901.—Messages sent at sea for 380 miles.

1901, 17 de dic.—Mensajes transmitidos desde Poldhu, Cornualles, hasta Hospital Point, Terranova; 2099 millas.

El señor Marconi ha perfeccionado tanto los dispositivos de sintonización que sus mensajes transatlánticos no afectan a los receptores colocados a bordo de los barcos que cruzan el océano, a menos que estén sintonizados a propósito.

Los transatlánticos publican ahora pequeños periódicos diarios que contienen las últimas noticias, transmitidas a través del espacio desde estaciones terrestres.

En los Estados Unidos, los sistemas De Forest y Fessenden se están extendiendo rápidamente para abarcar los distritos más recónditos.

Todas las armadas de importancia han adoptado la telegrafía sin hilos, la cual, como se demostró durante la guerra ruso-japonesa, puede ser de la mayor ayuda para dirigir operaciones.

# Capítulo VIII.

# EL TELÉFONO.

El teléfono de Bell—El transmisor de Edison—El transmisor de carbón granular—Disposición general de un circuito telefónico—Circuitos de doble línea—Centrales telefónicas—Telefonía submarina.

Para los fines de la vida cotidiana, el teléfono es incluso más útil que el telégrafo. Los teléfonos conectan ahora una habitación de un edificio con otra, casa con casa, ciudad con ciudad, país con país. Un número infinitamente mayor de palabras pasa por los circuitos telefónicos del mundo en un año que las transmitidas por los operadores de telégrafos. El teléfono se ha convertido en un adjunto importante para la realización de negocios de todo tipo. Sus cables penetran por todas partes. Sin levantarse de su escritorio, el ciudadano de Londres puede mantener una fácil conversación con un parisino, un neoyorquino con un habitante de Chicago.

Por maravillosa que sea la transmisión de señales a grandes distancia, la transmisión de la voz humana con tanta claridad que se puedan distinguir las voces individuales a cientos de millas de distancia lo es aún más. Sin embargo, el instrumento que obra el milagro es de principios esencialmente sencillos.

EL TELÉFONO BELL.

El primer teléfono de uso generalizado fue el de Bell, que se muestra en la Fig. 62.

En un orificio central de una caja de ebonita hay fijo un imán permanente, M. La caja se ensancha en un extremo para alojar una bobina de alambre aislado enrollada alrededor de un extremo de un imán. Los extremos de la bobina están unidos a cables que pasan por pequeños canales hasta los bornes de la parte posterior.

Un diafragma circular, D, de placa de hierro muy fina, sujeto entre la boquilla cóncava y la caja, casi toca el extremo del imán.

Supondremos que dos teléfonos Bell, A y B, están conectados mediante cables, de modo que los hilos y las bobinas forman un circuito completo. Se pronuncian palabras en A. Las vibraciones del aire, al pasar por el agujero central de la tapa, hacen que el diafragma vibre acercándose y alejándose del imán.

¡Se ha medido la distancia que recorre el diafragma y se ha descubierto que en algunos casos no supera 1⁄10.000.000 de pulgada! Sus movimientos deforman la forma de las "líneas de fuerza" (véase la p. 118) que emanan del imán, las cuales, al cortar las espiras de la bobina, inducen una corriente en el circuito de la línea.

A medida que el diafragma se acerca al imán, se envía una corriente en una dirección; al alejarse, en la otra. En consecuencia, la palabra produce corrientes de rápida alternancia en el circuito, cuya duración e intensidad dependen de la naturaleza del sonido.

Ahora consideremos el teléfono B. Las corrientes que pasan por su bobina aumentan o disminuyen el magnetismo del imán y hacen que este atraiga a su diafragma con fuerza variable. La vibración del diafragma perturba el aire en estricta concordancia con las vibraciones del diafragma de A, y se reproduce la voz.

EL TRANSMISOR DE EDISON.

El teléfono de Bell puede usarse tanto como transmisor como receptor, y el magnetismo permanente de los núcleos lo hace independiente de una batería eléctrica.

Pero las corrientes generadas por este son tan minúsculas que no pueden vencer la resistencia de un circuito largo; por lo tanto, en la actualidad siempre se utiliza una batería y, con ella, un dispositivo especial como transmisor.

Si en un circuito que contiene un teléfono y una batería hay un contacto flojo, y este es agitado, la resistencia variable del contacto hará que corrientes eléctricas de fuerza variable pasen a través del circuito.

Edison introdujo el primer transmisor micrófono exitoso, en el cual un pequeño disco de platino conectado al diafragma presionaba con fuerza variable contra un disco de carbón, formando cada disco parte del circuito. Las vibraciones del diafragma hacían que la corriente fluyera en una serie de rápidas pulsaciones.

EL TRANSMISOR DE CARBÓN GRANULAR.

En la Fig. 63 tenemos una sección de un transmisor telefónico de micrófono que hoy en día se utiliza muy ampliamente. Fue inventado, en su forma original, por un clérigo inglés llamado Hunnings.

Descansando en una cavidad central de un asiento de ebonita hay un bloque de carbón, C, con una cara moldeada en varias proyecciones piramidales, P P. El espacio entre C y un diafragma de carbón, D, está relleno de gránulos de carbón, G G.

C tiene contacto directo con el terminal de línea T, que se enrosca en él; D con T¹ a través de la carcasa de latón, el tornillo S y una pequeña placa en la parte posterior del transmisor.

Las vibraciones de la voz comprimen G G y permiten que la corriente pase más libremente de D a C. Esta forma de micrófono es muy delicada y no tiene igual para la transmisión a larga distancia.

DISPOSICIÓN GENERAL DE UN CIRCUITO TELEFÓNICO.

En muchas formas de aparatos de abonado, tanto el receptor como el transmisor van montados en un solo mango de manera que queden colocados convenientemente para el oído y la boca. Por razones de claridad, el croquis esquemático de una instalación completa (Fig. 64) los muestra separados. Los transmisores, como se observará, se encuentran en circuitos de batería, incluidos los devanados primarios P P₂ de las bobinas de inducción. Los transmisores están en el circuito de línea, que incluye los devanados secundarios S S₂ de las bobinas.

Supondremos que los transmisores se encuentran, en un principio, colgados ambos de los ganchos de los conmutadores metálicos, cuyo peso los deprime hasta la posición indicada por las líneas de puntos.

Se gira la manivela del generador de magneto en la estación del extremo izquierdo, y la corriente pasa a través del circuito cerrado:—Línea A, E B₂, contacto 10, el conmutador 9; línea B, 4, el otro conmutador, contacto 5, y E B. Ambas campanas suenan.

Ambas partes levantan ahora sus receptores de los ganchos de los conmutadores. Los conmutadores ascienden contra los contactos 1, 2, 3 y 6, 7, 8 respectivamente. Tanto los circuitos primarios como los secundarios quedan completados, mientras que las campanas se desconectan de los hilos de la línea.

Las pulsaciones generadas por el transmisor T en la bobina primaria P son amplificadas por la bobina secundaria S para su transmisión a través del circuito de la línea, y afectan a ambos receptores. Lo mismo ocurre cuando se utiliza T₂.

Al terminar la conversación, los receptores se vuelven a colgar en sus ganchos y se restablece el circuito de las campanas, preparado para la siguiente llamada.

CIRCUITOS DE DOBLE LÍNEA.

Las corrientes empleadas en los teléfonos pulsan con mucha rapidez, pero son muy débiles. Las perturbaciones eléctricas causadas por la proximidad de los hilos telegráficos o de tranvía interferirían notablemente con ellas si se utilizara la tierra para el circuito de retorno.

Se ha descubierto que un circuito metálico completo (dos hilos) está prácticamente libre de interferencias, aunque, cuando varios hilos están suspendidos de los mismos postes, los sonidos del habla pueden inducirse débilmente de un circuito a otro. Este defecto, sin embargo, se reduce al mínimo cruzando los hilos entre sí, de modo que ninguna línea pase alrededor del aislador correspondiente en cada poste.

CENTRALES TELEFÓNICAS.

En un distrito donde se usa un cierto número de teléfonos, los abonados se ponen en comunicación entre sí a través de una "central", a la cual convergen todos los alambres.

Un alambre de cada abonado va a una "tierra" común; el otro termina en un cuadro de distribución atendido por un operador.

En una central utilizada por muchos abonados, los terminales se distribuyen en varios cuadros de distribución, cada uno con 80 a 100 terminales, y atendidos por un operador, por lo general una muchacha.

Cuando un abonado desea comunicarse con otro, o bien gira la manivela de un generador magnetoeléctrico, lo que hace que una tablilla caiga y deje ver su número en la central, o simplemente pulsa una tecla que acciona un relé en la central y enciende una diminuta bombilla eléctrica.

La operadora, al ver la señal, conecta su teléfono al circuito del abonado y pregunta el número deseado. Una vez dado este, llama al otro abonado y conecta ambos circuitos mediante un cordón de hilo aislado que tiene una clavija en cada extremo para encajar en las tomas de «jack» de los terminales de la centralita.

Los dos abonados están ahora en comunicación.

Si un número de la centralita A llama a un número de la centralita C, la operadora de A conecta a su abonado mediante un cable de clavija a una línea interurbana que va hasta C, donde la operadora conecta de manera similar la línea interurbana con el número solicitado, previa llamada al abonado.

La central de una ciudad está conectada con la de otra mediante una o más líneas interurbanas, de modo que un abonado puede hablar a través de un número indefinido de centrales.

Tan perfecto es el teléfono moderno que el autor recuerda en una ocasión haber oído sonar el timbre de la puerta en una casa a más de cien millas de distancia, con la que en ese momento estaba en comunicación telefónica, a pesar de que había tres centrales en el circuito.

TELEFONÍA SUBMARINA.

Aunque los mensajes telegráficos se transmiten fácilmente a través de miles de millas de cable,¹⁶ la telefonía submarina se encuentra actualmente limitada a distancias comparativamente cortas.

Cuando una corriente pasa a través de un cable, la electricidad de polaridad opuesta inducida en el exterior del cable amortigua la vibración en el conductor.

En el cable atlántico, se vierten periódicamente fuertes corrientes de electricidad en un extremo y, aunque llegan muy debilitadas al otro, son lo suficientemente fuertes como para accionar un "galvanómetro de espejo" muy delicado (inventado por Lord Kelvin), el cual mueve un rayo reflejado hacia arriba y hacia abajo en una pantalla, indicando la dirección de los movimientos un punto o una raya.

En la telegrafía transmarina se emplean corrientes reversibles. El galvanómetro resulta afectado de manera similar a las bobinas y al pequeño imán del instrumento de aguja de Wheatstone (p. 128).

Las corrientes telefónicas son demasiado débiles para penetrar muchos kilómetros de cable. Hay comunicación telefónica entre Inglaterra y Francia, y entre Inglaterra e Irlanda. Pero la telefonía transatlántica es todavía una cuestión del futuro.

Se espera, sin embargo, que mediante la inserción de bobinas de inducción a intervalos a lo largo de los cables, las corrientes puedan ser "amplificadas" de punto a punto y así cruzar al otro lado.

Pasando a la Fig. 64, podemos suponer que S se encuentra en la costa del extremo inglés, y que S₂ es el devanado primario de una bobina de inducción situada a cien millas de distancia en el mar, el cual magnifica las vibraciones debilitadas para un viaje hasta S₃, donde son revividas de nuevo; y así sucesivamente, hasta alcanzar el Nuevo Mundo.

La dificultad estriba en idear bobinas de inducción de gran potencia a la vez que de pequeño tamaño. Sin embargo, la ciencia avanza hoy en día tan rápido que podemos llegar a vivir para oír palabras pronunciadas en las Antípodas.

# Capítulo IX.

# DINAMOS Y MOTORES ELECTRICOS.

Un dinamo sencillo—Dinamos de corriente continua—Dinamos multipolares—Excitación de los electroimanes—Dinamos de corriente alterna—La transmisión de energía—El motor eléctrico—La luz eléctrica—La lámpara incandescente—Lámparas de arco—Disposición «en serie» y «en paralelo» de las lámparas—Corriente para lámparas eléctricas—Galvanoplastia.

En los capítulos anteriores nos hemos referido incidentalmente a la conversión de trabajo mecánico en energía eléctrica. En este examinaremos cómo se lleva a cabo —cómo la dinamo que gira silenciosamente desarrolla potencia, y por qué el motor gira cuando se le hace pasar corriente.

Debemos comenzar volviendo a nuestro primer diagrama eléctrico (Fig. 50), y recordando las invisibles «líneas de fuerza» que impregnan el éter en las inmediaciones de los polos de un imán, denominadas el campo magnético del imán.

Hace muchos años (en 1831), el gran Michael Faraday descubrió que, si se movía un bucle de alambre hacia arriba y hacia abajo entre los polos de un electroimán (Fig. 66), se inducía una corriente en el bucle, cuya dirección dependía de aquella en la que se moviera dicho bucle.

La energía necesaria para cortar las líneas de fuerza pasaba de algún modo misterioso al alambre. No podemos explicar por qué es así, pero, aprovechando este hecho, los electricistas han desarrollado gradualmente las enormes máquinas que hoy hacen rodar vehículos a toda velocidad sobre vías metálicas, iluminan nuestras calles y casas, y suministran energía a innumerables fábricas.

La intensidad de la corriente inducida en un circuito que corta las líneas de fuerza de un imán se denomina su presión, voltaje o fuerza electromotriz (expresada brevemente como F.E.M.). Puede compararse con las libras por pulgada cuadrada del vapor. Para producir una F.E.M. de un voltio, se calcula que deben cortarse 100.000.000 de líneas de fuerza cada segundo.

El voltaje depende de tres cosas:—(1.) La intensidad del imán: cuanto más fuerte sea, mayor será el número de líneas de fuerza que emanan de él. (2.) La longitud del conductor que corta las líneas de fuerza: cuanto más largo sea, más líneas cortará. (3.) La velocidad a la que se mueve el conductor: cuanto más rápido viaje, más líneas cortará en un tiempo determinado. De ello se deduce que una dinamo potente, o generador mecánico de corriente, debe tener imanes fuertes y un conductor largo; y este último debe moverse a gran velocidad a través de las líneas de fuerza.

UN DINAMO SENCILLO.

En la Fig. 67 tenemos la forma de dinamo más sencilla posible: una sola espira de alambre, w x y z, montada sobre un eje y con un extremo unido a un anillo aislado C, y el otro a un anillo aislado C¹. Dos pequeñas escobillas, B B¹, de tela metálica o carbón, que rozan continuamente contra estos anillos colectores, los conectan con un cable que completa el circuito. El inducido, como se llama a la bobina giratoria, está montado entre los polos de un imán, donde las líneas de fuerza son más densas. Se supone que estas líneas fluyen desde el polo N. hacia el S.

En la Fig. 67 el inducido ha alcanzado una posición en la cual y z y w x no cortan ninguna línea de fuerza, o cortan muy pocas, al moverse prácticamente paralelas a las líneas. Esta se denomina la posición cero.

En la Fig. 68, la armadura, moviéndose en ángulo recto respecto a las líneas de fuerza, corta un número máximo en un tiempo dado, y la corriente inducida en la bobina es por tanto ahora más intensa. Aquí debemos detenernos un momento para considerar cómo decidir en qué dirección fluye la corriente.

La armadura gira en el sentido de las agujas del reloj y, por lo tanto, y z se mueve hacia abajo. Ahora, supongamos que apoya su mano izquierda sobre el polo N. del imán de modo que el brazo quede alineado con el imán. Apunte su dedo índice hacia el polo S. Este indicará la dirección de las líneas de fuerza. Doble sus otros tres dedos hacia abajo sobre el borde del polo N. Estos indicarán la dirección en la que se mueve el conductor a través del campo magnético. Extienda el pulgar en ángulo recto respecto al dedo índice. Este señala la dirección en la que la corriente inducida se desplaza a través de la mitad más cercana de la bobina.

Por lo tanto, las líneas de fuerza, el conductor y la corriente inducida se desplazan en planos que, al igual que la parte superior y dos lados adyacentes de una caja, forman ángulos rectos entre sí.

Mientras que la corriente fluye de z a y —es decir, desde el anillo C¹ hasta y—, también fluye de x a w, porque w x asciende mientras y z desciende.

De modo que una corriente circula a través de la bobina y la parte exterior del circuito, incluyendo la lámpara.

Después de que z y ha pasado el punto más bajo posible del círculo, comienza a ascender, y w x a descender. La dirección de la corriente se invierte, por lo tanto; y como el cambio se repite en cada semivuelta, esta forma de dinamo se llama alternador o generador de corrientes alternas.

Un tipo conocido de alternador es la máquina magnetoeléctrica, que envía descargas a cualquiera que complete el circuito externo sujetando las asas de latón conectadas mediante cables a las escobillas. Cuanto más rápido se gira la manivela de la máquina, más frecuente es la alternancia y más fuerte es la corriente.

DINAMOS DE CORRIENTE CONTINUA.

Una corriente alterna no resulta tan conveniente para ciertos fines como una corriente continua. Por consiguiente, a veces es deseable (incluso necesario) convertir la corriente alterna en una corriente unidireccional o continua.

Cómo se logra esto se muestra en las Figs. 69 y 70. En lugar de los dos anillos colectores C C¹, ahora tenemos un solo anillo dividido longitudinalmente en dos porciones, cada una de las cuales está conectada a un extremo de la bobina w x y z.

En la Fig. 69, la escobilla B acaba de pasar el espacio libre hacia el segmento C, y la escobilla B¹ hacia el segmento C¹. Durante media revolución estos permanecen en contacto respectivo; luego, justo cuando y z comienza a ascender y w x a descender, las escobillas cruzan los espacios nuevamente e intercambian segmentos, de modo que la corriente fluye perpetuamente en una sola dirección a través del circuito.

El efecto del conmutador¹⁷ es, de hecho, equivalente a invertir las escobillas de los anillos colectores del alternador cada vez que la bobina alcanza una posición cero.

Las figs. 71 y 72 muestran vistas de extremo en sección de la bobina y del conmutador, con la bobina en la posición de eficiencia mínima y máxima. La flecha indica la dirección del movimiento; las líneas dobles de puntos, el extremo del conmutador de la bobina giratoria.

DINAMOS PRÁCTICAS DE CORRIENTE CONTINUA.

El rendimiento eléctrico de nuestra sencilla dinámina se vería incrementado si, en lugar de una sola espira de wire, utilizáramos una bobina de muchas espiras.

Una mejora adicional resultaría de montar sobre el eje, dentro de la bobina, un núcleo o tambor de hierro, para atraer las líneas de fuerza al alcance de la bobina giratoria.

Es evidente que cualquier línea que pase por el aire fuera del círculo descrito por la bobina no puede ser cortada, y se desperdicia.

El núcleo no es una masa maciza de hierro, sino que está construido con una serie de discos de hierro muy finos enhebrados en el eje e islados entre sí para evitar corrientes parásitas, las cuales interferirían con la corriente inducida en el conductor.¹⁸

A veces hay aberturas que atraviesan el núcleo de un extremo a otro para ventilarlo y enfriarlo.

Ya hemos observado que, en el caso de una sola bobina, la corriente aumenta y disminuye en una serie de pulsaciones. Dicha forma de inducido no sería adecuada para dinamos grandes, las cuales, por consiguiente, tienen varias bobinas enrolladas sobre sus tambores, a igual distancia alrededor de la circunferencia, y un conmutador dividido en un número igual de segmentos.

El tema del bobinado de tambor es demasiado complicado para un tratamiento breve, y por lo tanto debemos conformarnos con señalar que las bobinas están conectadas a sus respectivos segmentos del conmutador y entre sí de tal manera que se ayudan mutuamente.

Un vistazo a la Fig. 73 ayudará a explicar esto. Aquí tenemos en sección un número de conductores a la derecha del tambor (marcados con una cruz para mostrar que la corriente se mueve, por decirlo así, hacia el interior de la página), conectados con los conductores de la izquierda (marcados con un punto para indicar que la corriente sale de la página).

Si los conductores «cruzados» y «punteados» fueran respectivamente las espiras «ascendentes» y «descendentes» de una sola bobina que termina en un conmutador partido simple (Fig. 69), cuando la bobina hubiera girado un ángulo de 90°, algunas de las espiras ascendentes estarían ascendiendo y otras descendiendo, de modo que surgirían corrientes en conflicto.

Sin embargo, queremos utilizar toda la superficie del tambor; y bobinando un número de bobinas de la manera sugerida, cada bobina, al pasar por el punto cero, superior o inferior, genera inmediatamente una corriente en la dirección deseada y refuerza la de todas las demás espiras de la suya propia y de otras bobinas situadas en el mismo lado de una línea trazada verticalmente a través del centro. De este modo, prácticamente no hay fluctuación en la presión de la corriente generada.

La acción de los devanados de bobina simple y múltiple puede compararse con la de las bombas simples y múltiples. El agua es expulsada por una bomba única a golpes; mientras que el flujo de una tubería alimentada por varias bombas dispuestas para descargar consecutivamente es mucho más constante.

DINAMOS MULTIPOLARES.

Hasta ahora hemos considerado el campo magnético producido por un solo imán bipolar. Las grandes dinamos tienen cuatro, seis, ocho o más imanes de campo dispuestos dentro de una carcasa, desde la cual sus núcleos sobresalen hacia el inducido de modo que casi lo tocan (Fig. 74). Las bobinas de los imanes están devanadas para dar polos N. y S. alternativamente en sus extremos del inducido alrededor del campo; y las líneas de fuerza de cada polo N. fluyen en ambas direcciones hacia los dos polos S. adyacentes a través de la trayectoria de las bobinas del inducido. En dinamos de este tipo, varios pares de escobillas colectoras toman corriente del conmutador en puntos equidistantes de su circunferencia.

EXCITANDO LOS IMANES DE CAMPO.

Hasta que la corriente pasa a través de las bobinas del electroimán, no se puede crear ningún campo magnético.

¿Cómo se suministra corriente a las bobinas? Una dinamo, al arrancar por primera vez, se excita mediante una corriente procedente de una fuente externa; pero una vez que ha comenzado a generar corriente, alimenta sus propios imanes y, a partir de entonces, será autoexcitada,¹⁹ debido al magnetismo residual que queda en los núcleos de los imanes.

Observe detenidamente las Figs. 77 y 78. En la primera de ellas observará que parte del alambre que forma el circuito externo está enrollado alrededor de los brazos del imán de campo. Esto se denomina bobinado en serie.

En este caso, toda la corriente generada ayuda a excitar la dinamo. Al principio, el magnetismo residual de los núcleos del imán proporciona un campo débil. Las bobinas del inducido cortan este campo y envían una corriente a través del circuito. Los imanes se excitan aún más y el campo se vuelve más fuerte; y así sucesivamente hasta que la dinamo desarrolla su potencia máxima.

El bobinado en serie se utiliza cuando se requiere que la corriente en el circuito externo sea muy constante.

La Fig. 78 muestra otro método de bobinado: el en derivación (shunt). La mayor parte de la corriente generada pasa a través del circuito externo 2, 2; pero una parte es desviada a través de un bobinado separado para los imanes, denotado por el hilo fino 1, 1. Aquí la intensidad del magnetismo no varía directamente con la corriente, ya que solo una pequeña parte de la corriente alimenta a los imanes. Por lo tanto, el bobinado en derivación se utiliza donde el voltaje (o presión) debe ser constante.

Un tercer método es una combinación de los dos ya nombrados. Un bobinado de hilo fino va de escobilla a escobilla alrededor de los imanes; y hay también un bobinado en serie como en la Fig. 77. Este método compuesto se adapta más especialmente a la tracción eléctrica.

DINAMOS ALTERNADORES.

Éstos tienen sus imanes de campo excitados por una dinámo de corriente continua independiente y de pequeño tamaño.

Los imanes de campo suelen girar dentro de una armadura fija (lo inverso de la disposición en un generador de corriente continua); o bien puede haber una armadura central fija e imanes de campo girando en el exterior de ella.

Esta última disposición se encuentra en las grandes centrales eléctricas de las cataratas del Niágara, donde los enormes anillos de campo están montados en los extremos superiores de ejes verticales, accionados por turbinas hidráulicas en el fondo de pozos de 178 pies de profundidad, por los cuales el agua es conducida hacia las turbinas a través de grandes tuberías forzadas.

El peso de cada eje y del anillo de campo acoplado asciende a unas treinta y cinco toneladas en total. Esta masa gira 250 veces por minuto, y la dinámo desarrolla constantemente 5.000 caballos de fuerza.

Dinamos similares de 10.000 caballos de fuerza cada una han sido instaladas en el lado canadiense de las cataratas.

TRANSMISIÓN DE PODER.

La corriente alterna se utiliza cuando la energía debe transmitirse a grandes distancias, porque dicha corriente puede intensificarse, o elevarse, mediante un transformador algo similar en principio a una bobina de Ruhmkorff sin un ruptor (véase la p. 122).

Un ejemplo típico de transformación se observa en la Fig. 79. Se produce corriente alterna a una presión de 5.000 voltios en la central generadora y se envía a través de conductores a una estación distante, donde un transformador, B, reduce la presión a 500 voltios para accionar un motor de corriente alterna, C, el cual a su vez opera una dinamo de corriente continua, D. Esta dinamo tiene su terminal + conectado al carril aislado o "con corriente" de un ferrocarril eléctrico, y su terminal – a los carriles de las ruedas, que están unidos metálicamente en las juntas para actuar como "retorno".

En su trayecto desde el carril con corriente hasta el retorno, la corriente pasa a través de los motores. En el caso de los tranvías, el conductor es o bien un cable suspendido en postes elevados, desde el cual pasa al motor a través de un trole, o bien un carril colocado bajo tierra en un conducto entre los carriles. En la parte superior del conducto hay una ranura a través de la cual sobresale del vagón un brazo que lleva una zapata de contacto en el extremo. La zapata frota continuamente contra el carril con corriente a medida que el vagón se mueve.

Para volver por un momento a la cuestión de la transformación de corriente.

"Se podrá preguntar: «¿Por qué no habríamos de enviar corriente continua de baja presión a una estación distante directamente desde la dinamo, en vez de alterar su naturaleza y su presión? O, en cualquier caso, ¿por qué no usar corriente continua de alta presión y transformar esta?»"

La respuesta es que transmitir una gran cantidad de energía eléctrica a baja presión (o voltaje) requeriría un gran volumen (o amperaje) y un conductor de cobre grande y costoso para transportarla.

La corriente continua de alta presión no se genera fácilmente, ya que las chispas en las escobillas colectoras al pasar por los segmentos del conmutador causan problemas. Así pues, los ingenieros prefieren la corriente alterna de alta presión, que se produce fácilmente y puede enviarse a través de un conductor pequeño y económico con poca pérdida. Asimismo, su voltaje puede transformarse mediante aparatos que no tienen partes giratorias.

EL MOTOR ELÉCTRICO.

Cualquier persona que entienda la dinamo también será capaz de entender el motor eléctrico, el cual no es más que una dinamo invertida.

Imaginemos en la Fig. 70 una dinamo que ocupa el lugar de la lámpara y envía corriente a través de las escobillas y del conmutador hacia la bobina w x y z. Ahora bien, cualquier bobina por la que pasa corriente se convierte en un imán con polos N. y S. en cada extremo. (En la Fig. 70 supondremos que el polo N. está debajo y el polo S. encima de la bobina).

Por lo tanto, los polos de la bobina intentan buscar los polos contrarios del imán permanente, y la bobina gira hasta que su polo S. queda frente al N. del imán, y viceversa. Las líneas de fuerza de la bobina y del imán son ahora paralelas. Pero el momento de inercia de la revolución impulsa a la bobina, y de repente el conmutador invierte su polaridad, produciéndose otra media revolución. A continuación se produce una nueva inversión, y así sucesivamente ad infinitum.

La rotación del motor es, por tanto, meramente una cuestión de repulsión y atracción de polos iguales y opuestos. La aguja de una brújula ordinaria puede convertirse en un pequeño motor acercando los polos N. y S. de un imán a sus polos S. y N. alternativamente cada media revolución.

En la construcción y el bobinado, un motor es prácticamente lo mismo que un dinamo.

De hecho, cualquiera de las dos máquinas puede realizar ambas funciones, aunque tal vez no estén igualmente adaptadas para ambas. Los motores pueden funcionar con corriente continua o alterna, según su construcción.

En los automóviles eléctricos, el motor generalmente está suspendido del bogie, y un piñón pequeño en el eje del inducido engrana con un piñón grande en el eje de las ruedas. Una gran ventaja de la tracción eléctrica es que cada vehículo de un tren puede llevar su propio motor, de modo que todo el peso del tren puede utilizarse para lograr adherencia en los raíles al arrancar. Cuando se utiliza una sola locomotora de vapor, solo está disponible la adherencia de sus ruedas motrices para vencer la inercia de la carga, y toda la tensión del arranque recae sobre los enganches delanteros. Otras ventajas pueden resumirse de la siguiente manera: (1) facilidad de arranque y aceleración rápida; (2) ausencia de desperdicio de energía (en forma de combustible en combustión) cuando los vehículos están detenidos; (3) ausencia de humo y olor.

ELECTRIC LIGHTING.

Las dinamos se utilizan para generar corriente con dos fines principales: (1) suministrar energía a motores de todo tipo; (2) iluminar nuestras casas, fábricas y calles. En casas particulares y teatros se suelen utilizar lámparas incandescentes; al aire libre, en tiendas y en edificios más grandes, como las estaciones de ferrocarril, es más frecuente encontrar la lámpara de arco.

LÁMPARA INCANDESCENTE.

Si se toma un trozo de hilo de hierro muy fino y se coloca sobre los bornes de un acumulador, este se pone al rojo blanco y se funde, debido al calor generado por su resistencia a la corriente.

Un trozo de hilo de plata u oro —no, platinum— platino fino se pondría al rojo blanco sin fundirse, y emitiría una luz intensa.

He aquí el principio de la lámpara incandescente o de brillo —a saber, la interposición en un circuito eléctrico de un conductor que al mismo tiempo ofrece una alta resistencia a la corriente, pero no es destruido por el calor resultante.

En la Fig. 80 se muestra un ventilador que impulsa líquido constantemente a través de una tubería.

Supongamos que el líquido es uno que desarrolla una gran fricción en el interior de la tubería. En la contracción, donde la velocidad de desplazamiento es mucho mayor que en el resto del circuito, se producirá la mayor parte del calor.

En los primeros tiempos de la lámpara incandescente se descubrió que el hilo de platino no era fiable en cuanto a su fusión, y ahora se emplean filamentos de carbono. Para evitar el desgaste del carbono por combinación con el oxígeno, el filamento se encierra en un bulbo de vidrio del cual se ha extraído prácticamente todo el aire mediante una bomba de mercurio antes de sellarlo.

La fabricación de lámparas incandescentes es ahora una industria importante. Una marca de lámpara²⁰ se fabrica de la siguiente manera:—Primero, se disuelve algodón en cloruro de cinc, formando una solución melosa que se inyecta a través de una boquilla fina hacia una solución de sedimentación que la endurece y hace que se enrosque como una cuerda de violín muy fina. Tras ser lavada y secada, se enrolla en una varilla de plombagina y se cuece en un horno hasta que solo queda el elemento de carbono. Este es el filamento en bruto.

A continuación se retira de la varilla y se le colocan en los extremos dos trozos cortos de hilo fino de platino. Para que la unión sea eléctricamente perfecta, el filamento se sumerge en bencina y se calienta hasta ponerse blanco mediante el paso de una corriente intensa, lo cual deposita el carbono de la bencina en las juntas.

El filamento se coloca ahora bajo la campana de vidrio de una bomba de vacío, se extrae el aire, se introduce vapor de hidrocarburo y se hace pasar una corriente a través del filamento para ponerlo al rojo blanco. El carbono del vapor se deposita por todo el filamento hasta alcanzar la resistencia eléctrica requerida.

El filamento está listo ahora para ser encerrado en el bulbo. Cuando el bulbo ha sido vaciado y sellado, la lámpara se prueba y, si pasa la prueba, pasa al departamento de acabado, donde los dos alambres de platino (que sobresalen a través del vidrio) se sueldan a un par de placas de latón, las cuales hacen contacto con dos terminales en un portalámparas. Finalmente, se fijan casquillos de latón con un cemento especial impermeable y duro.

LÁMPARAS DE ARCO.

En la iluminación por arco, en lugar de una contracción en un punto del circuito, hay una interrupción real de muy pequeña extensión.

Supongamos que a los extremos de los cables que salen de los terminales de una dinamo acoplamos dos varillas de carbono y tocamos los extremos de las varillas entre sí. Las puntas se ponen al rojo blanco y, si se separan ligeramente, los átomos de carbono incandescente saltan de la varilla positiva a la negativa en un flujo continuo e intensamente luminoso, el cual se denomina arco porque la trayectoria de las partículas es curva.

No se formaría ningún arco a menos que los carbones se tocaran primero para iniciar la incandescencia. Si se separan demasiado para que la intensidad de la corriente pueda salvar el espacio, la luz parpadeará o se apagará.

Por lo tanto, la lámpara de arco está provista de un mecanismo que, cuando se corta la corriente, hace que los carbones se junten, los separa gradualmente cuando se enciende y los mantiene apartados. El principio empleado es el esfuerzo de una bobina por cuyo interior pasa una corriente para atraer una varilla de hierro hacia su centro.

Una parte de la corriente que alimenta la lámpara se desvía a través de una bobina, en la cual se proyecta un extremo de una barra de hierro conectada a una punta de carbono. Un muelle presiona normalmente las puntas para unirlas cuando no fluye corriente. Tan pronto como la corriente circula a través de la bobina, la barra es atraída hacia arriba en contra del muelle.

ASOCIACIÓN DE LÁMPARAS EN SERIE Y EN PARALELO.

Cuando la corriente pasa de una lámpara a otra, como en la Fig. 82, se dice que las lámparas están en serie.

Si una lámpara fallara, todas las del circuito se apagarían. Pero cuando las lámparas de arco se disponen de este modo, un mecanismo especial en cada lámpara la "pone en cortocircuito" en caso de fallo, de modo que la corriente pueda pasar ininterrumpidamente a la siguiente.

La Fig. 83 muestra varias lámparas dispuestas en paralelo. Un borne de cada una está conectado al conductor positivo, y el otro al conductor negativo. Cada lámpara forma, por lo tanto, un puente independiente y no afecta a la eficiencia de las demás.

Serie en paralelo (o serie-paralelo) significa una combinación de ambos sistemas, y se ilustraría si, en la Fig. 83, dos o más lámparas estuvieran conectadas en grupos en serie de un conductor al otro. Esta disposición se utiliza a menudo en la iluminación por arco.

CORRIENTE PARA LÁMPARAS ELÉCTRICAS.

Esto puede ser directo o alterno. El primero se usa comúnmente para lámparas de arco, el segundo para las incandescentes, ya que se reduce fácilmente desde la red de alta presión para su uso en una casa. Las lámparas incandescentes suelen consumir corriente a una presión de 110 o 250 voltios.

En las lámparas de arco alimentadas con corriente continua, la punta del carbón positivo presenta una depresión en forma de cubeta desgastada en ella, mientras que la punta del negativo es puntiaguda.

La mayor parte de la iluminación proviene de la superficie interior de la cubeta y, por lo tanto, el carbón positivo se coloca en la parte superior para proyectar la luz hacia abajo. Una corriente alterna, por supuesto, afecta a ambos carbones de la misma manera, y no se forma ninguna cubeta.

Los carbones necesitan una renovación frecuente. Una lámpara potente consume unos 70 pies de varilla en 1.000 horas si el arco está expuesto al aire. Algunas lámparas tienen arcos parcialmente encerrados —es decir, están rodeadas por globos perforados por un único orificio pequeño, lo que hace que la combustión sea muy lenta, aunque impide que se forme el vacío.

ELECTROPLASTIA.

El galvanoplastia es el arte de recubrir metales con metales por medio de la electricidad. La plata, el cobre y el níquel son los metales que se depositan más comúnmente. El objeto que se va a recubrir se suspende en una solución química del metal que se desea depositar.

La fig. 84 muestra un equipo de baño galvánico muy sencillo. A es una batería; B, un recipiente que contiene, por ejemplo, una solución acidulada de sulfato de cobre. Una cuchara, S, que cuelga de esto a partir de una varilla de vidrio, R, está conectada con el elemento de zinc o negativo, Z, de la batería, y una placa de cobre, P, con el elemento positivo, C.

La corriente fluye en la dirección indicada por las flechas, de Z a C, de C a P, de P a S y de S a Z. El cobre depositado sobre la cuchara a partir de la solución es reemplazado por la disolución gradual de la placa, de modo que esta última cumple una doble función.

En el plateado electrolítico, P es de plata, y la solución, una de cianuro de potasio y sales de plata.

Cuando hay que depositar níquel o plata sobre hierro, al objeto se le suele dar un recubrimiento preliminar de cobre, ya que el hierro no hace una buena unión con ninguno de los dos primeros metales, pero tiene afinidad por el cobre.

# Capítulo X.

# FRENOS FERROVIARIOS.

El freno automático de vacío: el freno de aire comprimido Westinghouse.

En los primeros tiempos del ferrocarril, la detención de un tren exigía cortar el vapor cuando el lugar de parada aún se encontraba a gran distancia.

El tren perdía velocidad gradualmente, un proceso que los frenos de husillo de la máquina y del furgón del guardafreno aceleraban en una medida comparativamente pequeña.

El tren de mercancías actual sigue aplicando esta práctica en muchos casos, la cual ha quedado obsoleta desde hace mucho tiempo en el tráfico de pasajeros.

Se logró un avance cuando se dispuso una cadena, que recorría toda la longitud del tren, de modo que tirara de cadenas subsidiarias que se ramificaban bajo cada vagón y accionaban palancas conectadas a zapatas de freno que presionaban cada par de ruedas. El guardafrenos tensaba la cadena principal mediante un mecanismo de rueda en su vagón.

Este sistema era, sin embargo, radicalmente defectuoso, ya que, si una sola cadena de ramificación era más corta que las demás, solo ella soportaría la tensión. Además, es obvio que la rotura de la cadena principal dejaría todo el mecanismo inútil.

En consecuencia, se probaron frenos accionados por vapor. Debajo de cada vagón se colocó un cilindro, conectado a una tubería principal de vapor que corría por debajo del tren. Cuando el maquinista deseaba aplicar los frenos, introducía vapor a alta presión en la tubería del tren y el vapor, al pasar a los cilindros de freno, impulsaba en cada uno un pistón que accionaba el mecanismo de frenado.

Desafortunadamente, el vapor, durante su trayecto por la tubería, se condensaba y, en clima frío, no llegaba a los vagones traseros. Se formaba agua en las tuberías y esta era propensa a congelarse. Si el tren se separaba accidentalmente, el aparato, por supuesto, fallaba.

Se han probado los frenos hidráulicos; pero estos presentan varios inconvenientes, y los ingenieros ferroviarios utilizan hoy en día la presión del aire como la forma de energía más adecuada. Cualquiera que sea el sistema de aire que se adopte, la experiencia ha demostrado que tres características son esenciales:—(1.) Los frenos deben mantenerse "desactivados" artificialmente. (2.) En caso de que el tren se parta accidentalmente, los frenos deben accionarse automáticamente y detener con rapidez todos los vehículos del tren. (3.) Debe ser posible aplicar los frenos con mayor o menor fuerza, según las necesidades del caso.

En la actualidad, uno u otro de dos sistemas se emplea en prácticamente todos los vagones y coches con frenos automáticos. Estos se conocen como: (1) El automático de vacío, que utiliza la presión de la atmósfera sobre un pistón del otro lado del cual se ha extraído aire mecánicamente; y (2) el automático Westinghouse, que utiliza aire comprimido. El funcionamiento de estos frenos se explicará ahora de la manera más sencilla posible.

EL FRENO AUTOMÁTICO DE VACÍO.

Debajo de cada vagón hay una cámara de vacío (Fig. 85) montada sobre muñones, E E, de modo que pueda oscilar ligeramente cuando se aplican los frenos.

Dentro de la cámara hay un cilindro, cuyo pistón se hace hermético al aire mediante un anillo de goma que rueda entre este y las paredes del cilindro. El vástago del pistón funciona a través de un prensaestopas hermético al aire en el fondo de la carcasa y, cuando se eleva, acciona las timoneras de freno.

Es evidente que si se extrae el aire de ambos lados del pistón a la vez, este descenderá debido a su propio peso y al de sus elementos auxiliares. Si ahora se admite aire por debajo del pistón, este último será empujado hacia arriba con una presión máxima de 15 libras por pulgada cuadrada.

La válvula de bola garantiza que, si bien se puede extraer aire de ambos lados del pistón, este solo puede admitirse en el lado inferior.

Imagínense que un tren ha estado detenido en una vía muerta, y que el aire ha llenado gradualmente la cámara de vacío por filtración. La locomotora está acoplada y el maquinista acciona inmediatamente el expulsor de vapor,²¹ el cual extrae todo el aire de las tuberías y cámaras de todo el tren.

El aire es extraído directamente de la parte inferior del pistón a través de la tubería D; y del espacio A A y del cilindro (abierto por la parte superior) a través del canal C, levantando la bola la cual, tan pronto como se completa el vaciado, o cuando la presión en ambos lados del pistón es igual, cae de nuevo sobre su asiento.

Al admitir aire en la tubería del tren, este se precipita a través de D y hacia el espacio B (Fig. 86) debajo del pistón, pero no puede pasar la bola, de modo que se ejerce una fuerte presión ascendente sobre el pistón y los frenos se aplican. Para soltarlos, se debe hacer el vaciado del espacio situado debajo del pistón.

Esto debe tenerse en cuenta: Si hay una fuga, como en el caso de que el tren se parta, los frenos se aplican de inmediato, ya que el vacío debajo del pistón se rompe automáticamente.

Para las paradas ordinarias, el vacío solo se rompe parcialmente; es decir, se admite una presión de aire de entre 5 y 10 libras por pulgada cuadrada. Para las paradas de emergencia, se utiliza la presión atmosférica completa. En este caso, es aconsejable que el aire entre por ambos extremos del tren; por lo que en el furgón del guardafrenos se instala una ingeniosa válvula automática, que el guardafrenos puede abrir en cualquier momento presionando una palanca, pero que se abre por sí misma cuando el vacío de la tubería del tren se destruye rápidamente.

La fig. 87 muestra este dispositivo en sección. Asentada sobre la parte superior de un tubo vertical hay una válvula, A, conectada mediante un perno, B, a un diafragma elástico, C, que sella la parte inferior de la cámara D. El perno B tiene un agujero muy pequeño perforado de lado a lado. Cuando el vacío se rompe lentamente, la presión en D disminuye tan rápido como en la tubería; pero una entrada repentina de aire hace que el diafragma C retire la válvula A de su asiento, ya que el vacío en D no se ha roto en un grado apreciable. El aire entra entonces a raudales en la tubería del tren a través de la válvula.

Es evidente, por tanto, que el maquinista controla esta válvula tan eficazmente como si estuviera en la locomotora. Estas válvulas de "emergencia" a veces se instalan en todos los vehículos de un tren.

Cuando se desengancha un vagón, el guardafrenos cierra las llaves a cada lado de la junta de acoplamiento de la tubería del tren en el vagón «desenganchado»; y cuando desea detenerse, simplemente presiona la palanca E, abriendo gradualmente la válvula.

Debajo del furgón hay una cámara de vacío auxiliar, de la cual se extrae el aire mediante la tubería del tren. Si el guardafrenos, una vez que el vagón desenganchado se ha separado del tren, nota que ha aplicado los frenos con demasiada fuerza, puede poner esta cámara en comunicación con el cilindro de freno y restablecer el vacío lo suficiente como para aflojar los frenos nuevamente.

Cuando un tren se ha detenido, los frenos deben ser liberados por medio del eyector. Hasta que esto se haya llevado a cabo, el tren no puede moverse, por lo que le es imposible salir de la estación sin estar preparado para efectuar una parada repentina si fuera necesario.

EL FRENO DE AIRE WESTINGHOUSE.

Este sistema es algo más complicado que el de vacío, aunque igualmente fiable y potente. Debido a la complejidad de ciertas piezas, como la bomba de aire de vapor y la válvula triple, resulta imposible explicar el sistema en detalle; por consiguiente, recurrimos a sencillos bocetos esquemáticos que ayudarán a aclarar los principios generales empleados.

El freno de aire, tal como lo ideó inicialmente el señor George Westinghouse, era un mecanismo muy sencillo: una bomba de aire y un depósito en la locomotora; una tubería larga que recorría todo el tren; y un cilindro bajo cada vehículo para accionar los frenos.

Para detener el tren, el aire a alta presión acumulado en el depósito se desviaba hacia la tubería del tren para empujar los pistones de los cilindros de los vagones, conectados a ella mediante cortas tuberías de derivación.

Un defecto de este sistema «directo» era que los frenos de la parte trasera de un tren largo no entraban en acción hasta un tiempo considerable después de que el maquinista abriera el paso del aire; y dado que, cuando el peligro es inminente, unos pocos segundos son de gran importancia, esta lentitud de funcionamiento era un fallo grave. Asimismo, se descubrió que los frenos de los vagones cercanos a la locomotora se activaban mucho antes que los más distantes, por lo que durante una parada rápida existía el peligro de que los vagones delanteros fueran golpeados por los de atrás. Huelga decir que cualquier vagón que pudiera desprenderse quedaba fuera de control.

Por consiguiente, el señor Westinghouse patentó su freno automático, hoy en día de uso tan generalizado en todo el mundo. El freno garantiza una acción prácticamente instantánea y simultánea en todos los vehículos de un tren de cualquier longitud.

El principio del freno se deducirá de las figs. 88 y 89.

P es una bomba de aire accionada por vapor en la máquina, la cual comprime aire en un depósito, A, situado debajo de la máquina o del tender, y mantiene una presión de 80 a 90 libras por pulgada cuadrada.

Una llave de tres vías, C, pone la tubería del tren en comunicación con A o con el aire libre a voluntad del maquinista.

Debajo de cada coche hay una válvula triple, T, un depósito auxiliar, B, y un cilindro de freno, D. La válvula triple es el elemento más notable de todo el sistema. El lector debe recordar que la válvula mostrada en la sección es meramente esquemática.

Ahora, en cuanto al funcionamiento del freno. Cuando la máquina está acoplada al tren, el aire comprimido del depósito principal se introduce en la tubería del tren, desde la cual pasa a través de la válvula triple al depósito auxiliar, y lo llena hasta que alcanza una presión de, digamos, 80 libras por pulgada cuadrada.

Hasta que se requieran los frenos, se debe mantener la presión en la tubería del tren. Si de forma accidental, o deliberada (girando la llave C a la posición mostrada en la Fig. 89), se reduce la presión de la tubería del tren, la válvula triple se desplaza inmediatamente, poniendo a B en comunicación con el cilindro de freno D, y cortando la comunicación entre D y el aire, con lo cual los frenos se aplican.

Para aflojarlos, la presión en la tubería del tren debe igualarse a la de B, momento en el cual la válvula adoptará su posición original, permitiendo que el aire en D escape.

La fuerza con que se aplica el freno depende de la reducción de presión en la tubería del tren. Una ligera reducción dejaría entrar aire muy lentamente de B a D, mientras que un escape completo de la tubería del tren abriría la válvula al máximo. No hemos representado los medios por los cuales la válvula se vuelve sensible a estos cambios, por la razón dada anteriormente.

La última forma de triple válvula incluye un dispositivo que, cuando se descarga aire rápidamente de la tubería del tren, como en una aplicación de emergencia del freno, abre un puerto a través del cual se admite también aire comprimido desde la tubería del tren directamente a D.

Se comprenderá fácilmente que con esto se obtiene una doble ventaja: primero, la de utilizar una porción considerable del aire de la tubería del tren para aumentar la fuerza de frenado disponible en casos de emergencia; y, segundo, la de producir una rápida reducción de la presión en toda la longitud de la tubería, lo que acelera la acción de los frenos con una rapidez extraordinaria.

Puede añadirse que esta comunicación secundaria se mantiene abierta únicamente hasta que la presión en D es igual a la de la tubería del tren. Entonces se corta, para evitar un retorno de aire de B a la tubería.

Un detalle interesante del sistema es la regulación automática de la presión del aire en el depósito principal mediante el regulador de la bomba de aire (Fig. 90).

El regulador está acoplado al tubo de vapor que va desde la caldera de la locomotora hasta la bomba de aire. El vapor de la caldera, al entrar por F, fluye a través de la válvula 14 y pasa por D hacia la bomba, la cual se pone así en funcionamiento y continúa trabajando hasta que la presión en el depósito principal, al actuar sobre la cara inferior del diafragma 9, supera la tensión a la que está ajustado el muelle regulador 7.

Cualquier exceso de presión fuerza el diafragma hacia arriba, levantando la válvula 11 y permitiendo que el aire comprimido del depósito principal fluya hacia la cámara C. La presión del aire fuerza el pistón 12 hacia descendente y cierra la válvula de vapor 14, cortando así el suministro de vapor a la bomba.

Tan pronto como la presión en el depósito se reduce (por fugas o uso) por debajo de lo normal, el muelle 7 hace que el diafragma 9 vuelva a la posición mostrada en la Fig. 90, y la válvula de aguja 11 se cierra. El aire comprimido admitido previamente en la cámara C se escapa a través del pequeño orificio a hacia la atmósfera. El vapor, al actuar sobre la superficie inferior de la válvula 14, la levanta a ella y a su pistón hasta la posición mostrada, y fluye nuevamente hacia la bomba, la cual trabaja hasta que se vuelve a obtener la presión de aire requerida en el depósito.

# Capítulo XI.

# SEÑALIZACIÓN FERROVIARIA.

El sistema de bloqueo—Posición de las señales—Enclavamiento de las señales—Mecanismo de cierre—Agujas—Agujas y señales en combinación—Funcionamiento del sistema de bloqueo—Serie de operaciones de señalización—Señales de vía única—El bastón de mando—Bastón de mando y billete—Sistema eléctrico de bastón de mando—Enclavamiento—Operaciones de señalización—Señalización eléctrica—Señalización neumática—Señalización automática.

Bajo ciertas condiciones —a saber, en curvas cerradas o en la oscuridad—, los frenos más potentes podrían no bastar para evitar que un tren alcance la parte trasera de otro, si se permitiera que los trenes circularan muy cerca unos de otros por la vía.

Por consiguiente, es necesario introducir un sistema eficaz para mantener los trenes que circulan en la misma dirección a una distancia suficiente entre sí, y esto se logra mediante órdenes visibles y fáciles de entender para el maquinista mientras el tren está en marcha.

En los primeros días del ferrocarril era costumbre dejar un intervalo de tiempo entre el paso de los trenes, y no se permitía que un tren saliera de una estación hasta al menos cinco minutos después de la partida del tren precedente.

Este método no impedía, por supuesto, las colisiones, ya que el primer tren a veces sufría una avería poco después de salir de la estación y, a falta de frenos eficaces, el que lo seguía lo embestía.

La llegada del telégrafo eléctrico, que puso a las estaciones en rápida comunicación entre sí, resultó de suma importancia para la seguridad en la explotación de los ferrocarriles.

THE BLOCK SYSTEM.

Se abolieron los límites de tiempo y se sustituyeron por límites de distancia. Una línea se dividía en bloques, o longitudes, y nunca se permitía que dos trenes que marcharan en la misma dirección estuvieran en un mismo bloque al mismo tiempo.

Los postes de señales que llevan los brazos móviles, o semáforos, mediante los cuales el señalero se comunica con el maquinista, nos son muy familiares.

Por lo general, se colocan en el lado izquierdo de la línea de vías a la que corresponden, con sus brazos apuntando hacia afuera de las vías.

El lado de los brazos que mira hacia la dirección de donde se aproxima un tren tiene una franja blanca pintada sobre un fondo rojo; el otro lado tiene una franja negra sobre un fondo blanco.

Los brazos de señales lejanas y de otro tipo varían ligeramente en su forma (Fig. 91).

Una señal lejana tiene un extremo bifurcado y una franja en forma de V; las señales de entrada y de salida tienen los extremos cuadrados y franjas rectas.

Cuando el brazo se encuentra en posición horizontal, la señal está en «parada» o en «peligro»; cuando desciende, está en «vía libre» e indica «Todo despejado; continúe».

En el extremo más cercano al poste lleva un marco con cristales de colores rojo y verde. Cuando el brazo está en posición de peligro, el cristal rojo queda frente a una lámpara sujeta al poste de señales; cuando el brazo baja, el cristal verde asciende hasta esa posición, de modo que el maquinista está tan bien informado por la noche como durante el día, siempre y cuando la lámpara permanezca encendida.

POSICIÓN DE LAS SEÑALES.

En las líneas dobles, cada juego de vías tiene sus propias señales independientes, y los maquinistas que circulan por la vía "ascendente" no prestan atención a las señales destinadas a la vía "descendente".

Cada cabina de señales suele controlar tres señales en cada juego de vías: la avanzada, la de entrada y la de salida. Sus respectivas posiciones se deducirán de la Fig. 92, que muestra una estación en una línea doble.

Entre la avanzada y la de entrada se deja un intervalo de 800 yardas en terreno llano, 1.000 yardas en pendiente descendente y 600 yardas en pendiente ascendente.

La de entrada se encuentra cerca del extremo de aproximación de la estación, y la de salida en el extremo de partida del andén. Esta última a veces se ve reforzada por una señal de "salida avanzada" situada un poco más lejos.

Cabe señalar que la señal distante es únicamente una señal de precaución, mientras que tanto la de entrada como la de salida son señales de parada. Esto significa que, cuando el maquinista ve la distante en posición de «paso bloqueado» (on), no detiene su tren, sino que reduce la velocidad y se prepara para detenerse ante la señal de entrada. Sin embargo, bajo ningún concepto debe rebasar la señal de entrada o la de salida si estas se encuentran en posición de peligro. En resumen, la distante simplemente advierte al maquinista de lo que puede esperar en la de entrada.

Para evitar daños en caso de que un maquinista rebase la señal de entrada, se ha establecido que no se permitirá que ningún tren pase la señal de salida de un puesto de enclavamiento a menos que la línea esté despejada hasta un punto situado al menos a un cuarto de milla más allá de la señal de entrada del siguiente puesto. Dicho punto se denomina el punto de despeje estándar.

Desde el punto de vista técnico, un cantón es el tramo de vía comprendido entre la última señal de parada accionada desde un enclavamiento y la primera señal de parada accionada desde el siguiente enclavamiento en el sentido de la marcha.

SEÑALES ENclavadas.

Un fogonero de señales no puede bajar ni restablecer sus señales a sus posiciones normales en el orden que le plazca. Está obligado a bajarlas de la siguiente manera:—De salida y de entrada; luego la distante. Y a restablecerlas—la distante; luego de salida y de entrada.

Si un fogonero de señales fuera totalmente independiente, podría, tras el paso de un tren, restablecer la de entrada o la de salida, pero olvidarse por completo de la distante, de modo que el siguiente tren, al que desea detener, pasaría a toda velocidad junto a la distante sin previo aviso y tendría que frenar de golpe al ver la de entrada.

Pero, mediante un mecanismo, se le impide restablecer la de entrada o la de salida hasta que la distante esté en posición de peligro; y, viceversa, no puede bajar la última hasta que las otras dos estén quitadas. Este mecanismo se denomina sistema de enclavamiento.

BUSCANDO EQUIPO.

Hay muchos tipos diferentes de mecanismos de cierre en uso. Es imposible describirlos todos, o incluso dar detalles de un bastidor de enclavamiento complejo de un solo tipo.

Pero si nos limitamos a la combinación más sencilla de un aparato de cierre por pestillo, como el que se utiliza en las cajas pequeñas del Great Western Railway, el lector obtendrá una idea general de los principios de estos dispositivos de seguridad, ya que los mismos principios los sustentan a todos.

Las palancas en el tipo particular de mecanismo de cierre que estamos considerando tienen cada una un rabillo o «brazo de pestillo» (tappet arm) unido a ella, el cual se mueve hacia adelante y hacia atrás con la palanca (Fig. 93). Dispuestas en ángulo recto con respecto a este pestillo, y cerca de él, ya sea por debajo o por encima, se encuentran las barras de bloqueo o barras de tetones.

Remítase ahora a la Fig. 94, que muestra los extremos de los tres brazos de pestillo, D, H y S, cruzados por una barra, B, de la cual sobresalen estos tetones. Las palancas están todas hacia adelante y las señales todas en posición de «paso cerrado» (on).

Si el enclavamiento intentara tirar de la palanca unida a D hacia abajo en la página, por decirlo así, no lograría moverla debido al tetón a, que encaja en una muesca en D. Antes de que este tetón pueda liberarse de la muesca, los pestillos H y S deben ser accionados de modo que sus muescas queden alineadas con los tetones b y c (Fig. 95).

El enclavamiento ya puede mover D, ya que la muesca empuja fácilmente el tetón a hacia la izquierda (Fig. 96). Las señales deben restablecerse a la posición de peligro. Como H y S están bloqueados en retroceso por D —es decir, D les impide volver a sus posiciones normales—, primero debe moverse D.

El enclavamiento de las tres señales descritas simplemente se repite en el enclavamiento de un gran número de señales.

Al entrar en una cabina de enclavamiento, un visitante notará que las palancas tienen diferentes colores:—Verde, que indica señales de aviso; rojo, que indica señales de entrada y salida; azul, que indica agujas de talón; negro, que indica agujas de punta; blanco, que indica palancas de reserva. Estos diferentes colores ayudan al enclavamiento a distinguir las palancas correctas con facilidad.

A la parte delantera de cada palanca hay fija una pequeña placa de latón que lleva ciertos números; uno en cifras grandes arriba, luego una línea y otros números en cifras pequeñas debajo. El número grande es el de la palanca en sí; los demás, llamados enlaces, se refieren a las palancas que deben ser tiradas antes de que esa palanca en particular pueda ser liberada.

PUNTOS.

Se hizo mención, en relación con la palanca, de las agujas. Antes de seguir adelante, examinaremos brevemente el funcionamiento de estos dispositivos que permiten que un tren pase de un juego de vías a otro.

Las figs. 98 y 99 muestran las agujas en un empalme simple. Se observará que los raíles de la línea situados a la izquierda de las agujas continúan como los raíles exteriores de las líneas principal y de empalme. Los raíles interiores convergen en una punta en V afilada, y a la izquierda de esta se encuentran los dos raíles cortos que, mediante partes móviles, determinan la dirección de la marcha de un tren.

• En la Fig. 98 la línea principal está abierta;
• en la Fig. 99, la ramificación.

Las partes móviles se mantienen debidamente espaciadas mediante barras transversales (o tirantes), A A.

Podría pensarse que las ruedas chocarán fuertemente al llegar al punto B, donde hay un espacio libre. Esto se evita, sin embargo, mediante los extremos doblados E E (Fig. 98), sobre los cuales descansa la llanta de la rueda hasta que ha avanzado cierta distancia a lo largo de la punta de V. Los carriles de seguridad S R mantienen la rueda exterior apoyada contra su carril hasta que se ha pasado la V.

PUNTOS Y SEÑALES EN COMBINACIÓN.

Supongamos que un tren se aproxima al empalme que se muestra en las Figs. 98 y 99 desde la izquierda. No basta con que el maquinista sepa que las vías están libres. También debe tener la seguridad de que la vía, principal o de empalme, según sea el caso, por la que ha de circular está abierta; y, por otra parte, si se aproximara desde la derecha, querría estar seguro de que ningún tren de la otra línea está confluyendo con la suya.

El peligro se evita y la seguridad se garantiza mediante el enclavamiento de los desvíos y las señales.

A la izquierda del empalme, las señales de entrada y de aviso están duplicadas, habiendo dos brazos de semáforo en cada poste. Estos están enclavados con los desvíos de tal manera que las señales referidas a cualquiera de las líneas solo pueden bajarse cuando los desvíos están colocados para abrir el paso hacia esa línea. Además, antes de poder realizar cualquier cambio en los desvíos, las señales situadas detrás deben colocarse en posición de peligro.

La confluencia de trenes se evita mediante el enclavamiento, lo cual hace imposible tener ambos juegos de señales de aviso y de entrada en «Via libre» simultáneamente.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE BLOQUES.

Podemos pasar ahora al funcionamiento del sistema de bloqueo para la señalización de trenes de estación en estación en una sola vía de una línea de doble vía.

Cada cabina de señales (excepto, por supuesto, las de las estaciones terminales) cuenta con comunicación eléctrica con la cabina contigua en ambas direcciones. Los instrumentos utilizados varían según los distintos sistemas, pero el principio es el mismo; por lo que centraremos nuestra atención en los empleados más comúnmente en el Ferrocarril Great Western.

Son:—(1.) Dos aparatos de campanilla de marcación, conectados con instrumentos similares en las garitas adyacentes a ambos lados. Cada uno de estos hace sonar un golpe en la garita correspondiente cada vez que se presiona su tecla. (2.) Dos aparatos de disco Spagnoletti: uno, que tiene dos teclas, comunicado con la garita posterior; y el otro, en conexión con la garita delantera, que no tiene teclas. Sus funciones respectivas son emitir señales y recibirlas. En el centro de la esfera de cada uno hay una abertura cuadrada, detrás de la cual se mueve un disco que lleva dos «banderas»: «Tren en la vía», con letras blancas sobre fondo rojo, y «Vía libre», con letras negras sobre fondo blanco.

El instrumento de teclado tiene una tecla roja y una blanca.

Al presionar la tecla roja, aparece «Tren en línea» en la abertura; también en la de un disco sin teclado en la cabina de señales adyacente.

Al presionar la tecla blanca aparece de igual manera «Línea despejada».

Un trozo de alambre con los extremos doblados y pasado por dos armellas se desliza sobre las teclas, y puede utilizarse para mantener presionada cualquiera de las dos.

Además de estos, se proporcionan instrumentos telefónicos y telegráficos para permitir que los maquinistas de señales conversen.

SERIE DE OPERACIONES DE SEÑALIZACIÓN.

Podemos observar ahora las acciones de los signalmeros en cuatro cabinas sucesivas, A, B, C y D, durante el paso de un tren exprés.

• El signalmero A llama la atención del signalmero B con un golpe en el timbre de marcación.
• B responde repitiéndolo para mostrar que está atento.
• A pregunta: «¿Está la línea libre para el exprés de pasajeros?» — cuatro golpes en el timbre.
• B, al ver que la línea está libre hasta su punto de despeje, devuelve cuatro golpes y fija la tecla blanca de su instrumento. «Línea libre» aparece en la abertura y también en el disco sin teclas de A.
• A baja la señal de salida.
• El tren se pone en marcha.
• A da dos golpes en el marcador = «Tren entrando en sección».
• B fija el indicador en «Tren en línea», lo cual aparece también en el instrumento de A.
• A coloca las señales en posición de peligro.

B pregunta a C: «¿Línea despejada?». C repite el código de campanilla y fija el indicador en «Línea despejada», que también se muestra en el disco sin cuadrante de B. B baja todas las señales. El tren pasa. B le señala a C: «Tren entrando en sección». B le señala a A: «Tren fuera de sección» y libera el indicador, que vuelve a su posición normal con la mitad de cada bandera visible en la ventanilla. B le señala a C: «Tren en línea» y coloca todas sus señales en peligro. C fija el indicador en «Tren en línea».

C pregunta: «¿Está la línea libre?», pero hay un tren en la estación D y, por consiguiente, el señalero D no da respuesta, lo cual equivale a una negativa. El maquinista, al aproximarse a la señal distante de C, la ve en peligro y reduce la velocidad, deteniéndose en la señal de entrada.

C baja la señal de entrada y permite que el tren avance hasta su señal de salida.

D, cuando la línea está libre hasta su punto de despeje, da la señal de «Línea libre» y fija el indicador en «Línea libre».

C baja las señales de salida y el tren continúa.

C le indica a D «Tren entrando en sección», y D fija el indicador en «Tren en línea».

C le indica a B «Tren fuera de sección», pone el indicador en posición normal y coloca las señales en peligro.

Y así el proceso se repite de estación en estación.

Donde, sin embargo, las secciones son breves, se advierte al guardagujas con una sección de antelación sobre la aproximación de un tren mediante una señal adicional que significa: «Tren rápido aproximándose». El indicador de bloqueo le recuerda al guardagujas el paradero del tren.

A menos que su indicador sin tecla esté en posición normal, no puede preguntar: «¿Está la vía libre?». Y hasta que no devuelva la señal de «Vía libre» a la cabina de atrás, no se permite que ningún tren entre en su sección. De este modo, siempre se interpone una sección de vía con un juego completo de señales entre dos trenes cualesquiera.

EL FUNCIONAMIENTO DE LÍNEAS INDIVIDUALES.

Hemos tratado los dispositivos de señales correspondientes a las líneas ferroviarias dobles, demostrando que es necesario un sistema de señales para evitar que un tren alcance la parte trasera del que le precede. Cuando los trenes en ambas direcciones circulan por vía única, no solo hay que hacer frente a este elemento de peligro, sino también a la posibilidad de que se permita a un tren entrar en una sección de vía por cada extremo al mismo tiempo.

Esto se lleva a cabo de varias maneras, cuya esencia en cada caso es que el maquinista tenga en su poder una prueba visible del permiso que le ha concedido el señalero para entrar en una sección de vía única.

UN ÚNICO BASTÓN DE MANDO FERROVIARIO.

La forma más sencilla de explotación consiste en asignar a la longitud del tramo un «bastón piloto» (train staff), un trozo de madera de unas 14 pulgadas de largo que lleva inscritos los nombres de las estaciones de ambos extremos. Este método se adopta cuando solo se emplea una locomotora para la explotación de un tramo, como por ejemplo en un ramal corto.

En un caso así es evidente que no existe peligro de que dos trenes se encuentren, y el bastón piloto constituye meramente la autorización para que el maquinista inicie un trayecto. Con un sistema de este tipo no es necesaria la comunicación telegráfica, y las señales se sitúan únicamente en los extremos de la línea.

PERSONAL DEL TREN Y BILLETE.

En tramos largos de vía única donde hay que tener en cuenta más de un tren, la línea se divide en cantones de la manera ya descrita para las vías dobles, y se asigna un bastón a cada uno, siendo los bastones de los diversos cantones diferentes entre sí en forma y color. Las señales habituales se disponen en cada estación y se emplean instrumentos telegráficos de cantón, con la única diferencia de que se utiliza un solo disco, del modelo de clave, para los trenes en ambas direcciones.

En una línea de este tipo es, por supuesto, posible que dos o más trenes necesiten circular consecutivamente sin que ningún tren viaje en sentido contrario en el intervalo. Esto sería imposible si el bastón pasara uniformemente de un extremo a otro en la sección de cantón; pero se soluciona mediante la introducción de un billete de bastón de tren, utilizado conjuntamente con el bastón.

Ningún tren tiene permitido salir de una estación con bastón a menos que el bastón para el tramo de vía que se va a recorrer esté en la estación; y el maquinista tiene las instrucciones más estrictas posibles de que debe ver el bastón.

Si se requiere que un segundo tren siga, se le muestra el bastón al maquinista y se le entrega un billete de bastón de tren como su autorización para continuar.

Si, sin embargo, el siguiente tren en el tramo entrará por el extremo opuesto, el bastón se le entrega al maquinista.

Para hacer este sistema lo más seguro posible, los billetes de bastón del personal son del mismo color y forma que el bastón de la sección a la que corresponden, y se guardan en una caja especial en las estaciones; la llave está unida al bastón y la cerradura está dispuesta de tal manera que la llave no se puede retirar a menos que la caja haya sido cerrada con llave.

SISTEMAS DE PILOTO Y TABLETA PARA TRENES ELÉCTRICOS.

Estos sistemas de trabajo son desarrollos del último mencionado, mediante los cuales se garantizan una mayor seguridad y facilidad en la explotación de la línea.

En algunas secciones de vía única, las circunstancias exigen a menudo la circulación de varios trenes en una dirección sin un tren de regreso. Para tales casos se introdujo el billete de bastón de mando (train staff ticket); pero incluso en las líneas mejor reguladas no siempre es posible asegurar que el bastón se encuentre en la estación donde se necesita en el momento oportuno, y se han dado casos en los que, al no haber ningún tren disponible en la estación donde estaba el bastón, este tuvo que ser llevado a la otra estación por un hombre a pie, lo que causó un gran retraso en el tráfico.

Los sistemas de bastón de mando eléctrico y de tablilla (tablet) superan esta dificultad. Ambos funcionan bajo un principio muy similar, por lo que describiremos el primero.

En cada extremo de una sección de bloqueo se proporciona un aparato de bastón de circulación (Fig. 101).

En la base de estos aparatos hay varios bastones de circulación, cualquiera de los cuales sería aceptado por un maquinista como permiso para circular por la vía única. Los aparatos están conectados eléctricamente, y el mecanismo garantiza que solo se pueda extraer un bastón mediante la cooperación del señalero de cada extremo de la sección; que, cuando todos los bastones están en los aparatos, se puede extraer un bastón en cualquiera de los dos extremos; y que, una vez extraído un bastón, no se puede obtener otro hasta que el que está fuera haya sido devuelto a uno u otro de los aparatos.

La seguridad de tal sistema es evidente, al igual que la ayuda a la explotación por el hecho de disponer de un bastón para un tren, sin importar por qué extremo deba entrar en la sección.

El mecanismo de los instrumentos es bastante sencillo.

Un electroimán de doble polo es energizado al presionar una tecla el señalizador en el extremo más alejado del cantón en el que el tren va a entrar, y al girar una manivela el señalizador que necesita extraer un bastón.

El imán, al ser energizado, es capaz de levantar un cerrojo mecánico y permite la extracción de un bastón.

En su paso a través del instrumento, el bastón hace girar una serie de discos de hierro, los cuales a su vez suben o bajan un conmutador que controla las conexiones eléctricas. Esto hace que las corrientes eléctricas que accionan el electroimán se opongan entre sí, que el magnetismo cese y que el cerrojo vuelva a caer, impidiendo que se extraiga otro bastón.

Naturalmente se preguntará: «¿Cómo se restaura el sistema eléctrico?». Hemos dicho que había un cierto número de varillas en cada instrumento; en otras palabras, un número determinado de varillas, por lo general veinte, se asigna a la sección.

Supongamos que hay diez en cada instrumento, y que el conmutador de cada uno está en su posición inferior. Ahora retiremos una varilla, y un instrumento tendrá un número impar de varillas y el otro un número par; y de manera similar, un conmutador se levanta mientras el otro permanece bajado, por lo tanto el circuito eléctrico está «fuera de fase», es decir, las corrientes en los imanes de cada instrumento de varillas se oponen entre sí y no pueden liberar el bloqueo.

El bastón recorre la sección y se coloca en el aparato del otro extremo, lo que eleva el número de bastones a once —un número impar y, lo que es más importante— levantando el conmutador.

Ambos conmutadores están ahora levantados; por consiguiente, las corrientes eléctricas se apoyarán mutuamente, de modo que se podrá retirar un bastón.

Brevemente, pues, cuando hay un número impar de bastones en un aparato y un número par en el otro, como cuando se está usando un bastón, los torreros no pueden obtener un bastón y, en consecuencia, no pueden dar autorización para que un tren entre en el tramo; pero cuando hay un número impar o par de bastones en cada aparato, se puede extraer un bastón en cualquiera de los extremos con la cooperación de los torreros.

Podemos añadir que, cuando hay dos aparatos en la misma cabina de señales, uno para operar con la cabina de enclavamiento situada en vanguardia y el otro con la de retaguardia, se dispone de tal manera que los bastones correspondientes a una sección no encajen en el aparato de la otra y sean de diferentes colores. Esto evita que el maquinista acepte por error un bastón perteneciente a una sección como autorización para circular por la otra.

INTERLIGADO.

Las observaciones hechas sobre el enclavamiento de agujas y señales en vías dobles se aplican también al funcionamiento de vía única, con el añadido de que no solo las señales lejanas, de entrada y de salida están enclavadas entre sí, sino también con las señales y agujas que rigen la aproximación de un tren desde la dirección opuesta; en otras palabras, las señales para la aproximación de un tren a una estación desde una dirección no pueden bajarse a menos que las destinadas a la aproximación de un tren a la estación desde la dirección opuesta estén en posición de peligro y las agujas correctamente colocadas.

OPERACIONES DE SEÑALIZACIÓN.

En la explotación de vía única, al igual que en la de vía doble, el guardaagujas de la estación desde la cual ha de partir un tren debe obtener el consentimiento del guardaagujas de más adelante, siendo la serie de preguntas que deben transmitirse por señales muy similar a las detalladas para las líneas de vía doble.

Existe, no obstante, una excepción notable. En los tramos largos de vía única es necesario tomar disposiciones para que los trenes puedan cruzarse. Esto se lleva a cabo disponiendo vías de apartadero a intervalos, tendiéndose un segundo par de vías para dar cabida a un tren mientras otro en dirección contraria pasa de largo.

Para garantizar que no haya más de un tren en una sección de vía única entre dos puntos de cruce, se establece que, cuando a un guardaagujas en una estación sin cruce se le pida permitir que un tren se acerque a su estación, no debe dar el permiso hasta haber notificado al guardaagujas que le precede, asegurándose así de que no está pidiendo permiso para que se acerquen trenes desde ambas direcciones al mismo tiempo.

Tanto para la explotación de vía única como de vía doble, se establecen una serie de reglas destinadas a hacer frente a casos de emergencia, siendo el principio rector la seguridad; pero ya hemos tratado todas las condiciones de la explotación cotidiana, y debemos pasar a la consideración de

SEÑALIZACIÓN DE "PODER".

En un sistema de señalización motorizado, el señalero dispone de algunos medios auxiliares —electricidad, aire comprimido, etc.— para mover las señales o los cambios de vía bajo su control.

Sigue siendo necesario contar con un bastidor de enclavamiento en la cabina de señales, con palancas enclavadas entre sí y conexiones entre la cabina y los diversos cambios y señales.

Pero el bastidor es mucho más pequeño que un bastidor manual ordinario, y se necesita muy poca fuerza para mover las pequeñas palancas que abren o cierran un circuito eléctrico, o abren una válvula de aire, según el agente de potencia utilizado.

SEÑALIZACIÓN ELÉCTRICA.

La fig. 102 representa el bastidor de enclavamiento de una cabina en Didcot, Inglaterra, donde se ha instalado un sistema totalmente eléctrico. Unos cables van desde la cabina hasta los motores situados en los desvíos y las señales, los cuales accionan mediante un mecanismo de tornillo sin fin.

Cuando se mueve una palanca, se cierra un circuito y se establece el paso de corriente a través de un motor; la dirección del flujo (y, por consiguiente, de la revolución del motor) depende de si la palanca se ha movido hacia adelante o hacia atrás.

Unos indicadores dispuestos bajo las palancas le indican al señalero cuando se han completado los movimientos deseados en los desvíos y las señales. Si algún movimiento no llega a realizarse debido a un fallo de la corriente o a una obstrucción de las piezas de trabajo, un enclavamiento eléctrico le impide continuar las operaciones.

Así pues, supóngase que tiene que abrir la línea principal a un expreso; el bastidor de enclavamiento mecánico le obliga a colocar todos los desvíos correctamente antes de poder bajar las señales. Podría mover todas las palancas necesarias en el orden debido y, sin embargo, un juego de desvíos podría permanecer abierto y, de bajarse las señales, se produciría un accidente. Pero esto no puede suceder, ya que los enclavamientos eléctricos accionados por los desvíos en cuestión bloquean las palancas de las señales y, hasta que no se subsane el fallo, las señales deben permanecer en posición de «peligro».

Los motores de agujas están conectados directamente a las agujas; pero entre el motor de una señal y su brazo hay una «ranura eléctrica», que consiste en un potente electroimán que forma un eslabón en el varillaje. Para bajar una señal es necesario que el motor gire y que una corriente de control circule alrededor del imán para proporcionarle la fuerza de atracción requerida.

Si no fluye ninguna corriente de control —como ocurriría si un par de agujas no estuviera en su posición correcta—, el motor no puede ejercer ningún efecto sobre el brazo de la señal para bajarlo, debido a que el imán suelta su agarre. Además, si la señal ya hubiera sido bajada cuando falló la corriente de control, esta volvería automáticamente a la posición de «peligo», ya que todas las señales están contrapesadas para adoptar dicha posición por gravedad. Las corrientes de control de las señales pueden interrumpirse si el señalero acciona un conmutador, de modo que, en caso de emergencia, todas las señales puedan colocarse simultáneamente en posición de peligro.

SEÑALIZACIÓN NEUMÁTICA.

En Inglaterra y en los Estados Unidos, el aire comprimido también se utiliza para realizar el duro trabajo del fogonero por él.

En lugar de cerrar un circuito, el encasillador, al mover una palanca hasta la mitad, admite aire en una tubería que corre a lo largo de la vía hacia un depósito de aire situado junto a las agujas o la señal a las que se refiere la palanca.

El aire abre una válvula y pone el depósito en comunicación con un pistón que acciona las agujas o el brazo de la señal, según sea el caso.

Una vez realizado este movimiento, se abre otra válvula en el depósito y el aire regresa a través de una segunda tubería hasta la cabina de señales, donde abre una tercera válvula que controla un pistón que completa el movimiento de la palanca, mostrando así al encasillador que la operación ha terminado.

Con el aire comprimido, al igual que con la electricidad, se utiliza por supuesto un bastidor de enclavamiento mecánico.

SEÑALIZACIÓN AUTOMÁTICA.

Para reducir gastos y aumentar la velocidad de marcha en las líneas donde los cantones son cortos, a veces se hace que el tren actúe como su propio gálibo señalizador.

Los rieles de cada cantón están unidos entre sí de modo que se encuentren en contacto metálico, y cada cantón está aislado de los dos cantones vecinos. En el extremo más alejado de un cantón se instala una batería eléctrica, conectada a los rieles, los cuales conducen la corriente de vuelta a un electroimán que acciona una señal situada a cierta distancia en el cantón anterior.

• Mientras fluye la corriente, la señal se mantiene en posición de «Via libre».
• Cuando un tren entra en el cantón, las ruedas y los ejes cortocircuitan la corriente, de modo que esta no llega al electroimán de la señal, y la señal se eleva a «Peligro», manteniéndose así hasta que el último par de ruedas haya abandonado el cantón.

Si la corriente fallara o un vagón se desprendiera y quedara en el cantón, ocurriría exactamente lo mismo.

El elemento humano puede así eliminarse prácticamente de la señalización. Para hacer las cosas absolutamente seguras, un tren debería tener un control positivo sobre el tren que lo sigue, para evitar que el maquinista rebase las señales. En los ferrocarriles eléctricos esto se ha logrado mediante contactos que actúan en combinación con las señales, los cuales cortan la corriente de la sección precedente a aquella en la que pueda encontrarse un tren, o elevan un gatillo para golpear un brazo en el tren siguiente y aplicar sus frenos.

# Capítulo XII.

# ÓPTICA.

Lentes: imagen proyectada por una lente convexa. Foco. Posición relativa del objeto y de la lente. Corrección cromática de las lentes. Aberración esférica. Distorsión de la imagen. El ojo humano. El uso de gafas. El punto ciego.

La luz es una tercera forma de esa energía de la cual ya hemos tratado dos manifestaciones: el calor y la electricidad. La característica distintiva de las ondas etéreas de la luz es su extrema rapidez de vibración, que se ha calculado que oscila entre los 700 billones de movimientos por segundo para los rayos violeta y los 400 billones para los rayos rojos.

Si un haz de luz blanca se hace pasar a través de un prisma, este se descompone en los siete colores visibles del espectro —violeta, índigo, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo— en este orden.

El ojo humano es más sensible a los rayos amarillo-rojos, y una placa fotográfica a los rayos verde-violetas.

Todos los cuerpos caen en una de dos clases: (1) Luminosos, es decir, aquellos que son una fuente de luz, como el sol, la llama de una vela o un carbón al rojo vivo; y (2) no luminosos, que se hacen visibles únicamente en virtud de la luz que reciben de otros cuerpos y reflejan hacia nuestros ojos.

LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ.

La luz viaja naturalmente en línea recta. Se desvía únicamente cuando pasa de un medio transparente a otro —por ejemplo, del aire al agua— y los medios son de distintas densidades. Podemos considerar que la superficie de un objeto visible está compuesta por innumerables puntos, desde cada uno de los cuales se emite un haz divergente de rayos a través del éter.

LENTES.

Si un haz de luz tropieza con un cuerpo de vidrio transparente de caras no paralelas, los rayos se desvían. La dirección que toman depende de la forma del cuerpo, pero puede establecerse como regla que se desvían hacia la parte más gruesa del vidrio.

La común Lupa de concentración es bien conocida por nosotros. La sostenemos frente al sol para concentrar todos los rayos de calor que inciden sobre ella en un punto intensamente brillante, que rápidamente enciende cualquier sustancia inflamable sobre la que caiga (Fig. 103).

Podemos imaginar que un rayo pasa desde el centro del sol a través del centro del vidrio. Este no sufre desviación; pero todos los demás se desvían hacia él, a medida que atraviesan las partes más delgadas de la lente.

Cabe señalar aquí que la luz solar, como la llamamos, va acompañada de calor. Se utiliza una lente ustoria para concentrar los rayos de calor, no los rayos de luz, los cuales, aunque también son recogidos, no tienen ningún efecto incendiario.

En fotografía empleamos una lente únicamente para concentrar los rayos de luz. Los rayos de calor que puedan atravesarla junto con ellos no son necesarios y, dado que no tienen ningún efecto práctico, no se les presta atención. Para tener un valor real, una lente debe ser totalmente simétrica; es decir, la curvatura desde el centro hasta la circunferencia debe ser la misma en todas las direcciones.

Hay seis formas de lentes simples, como se indica en la Fig. 104. Los núms. 1 y 2 tienen una superficie plana y otra esférica. Los núms. 3, 4, 5 y 6 tienen dos superficies esféricas. Cuando una lente es más gruesa en el centro que en los bordes, se denomina lente convexa; cuando es más delgada, lente cóncava. Los nombres de las distintas formas son los siguientes:—Núm. 1, plano-convexa; núm. 2, plano-cóncava; núm. 3, biconvexa; núm. 4, bicóncava; núm. 5, menisco; núm. 6, cóncavo-convexa. Las lentes de centro grueso, como podemos llamarlas (núms. 1, 3, 5), concentran un haz de rayos que pasa a través de ellas; mientras que las lentes de centro delgado (núms. 2, 4, 6) dispersan los rayos (véase la Fig. 105).

LA CÁMARA.

Hemos dicho antes que la luz se propaga en línea recta. Probar esto es fácil.

• Consigue un trozo de cartón y hazle un agujero con un alfiler.
• Colócalo a cierta distancia de la llama de una vela y sostén detrás de él un trozo de papel de seda.

Inmediatamente percibirás una imagen tenue e invertida de la llama en el papel de seda. ¿Por qué es esto?

Diríjase por un momento a la Fig. 106, que muestra una cámara estenopeica ("de agujero de alfiler") en sección. En la parte posterior hay una pantalla de vidrio esmerilado, B, para captar la imagen.

Supongamos que A es el punto más bajo de la llama. Un haz de rayos que diverge desde él incide en el frente de la cámara, la cual los detiene a todos excepto al que pasa a través del agujero y produce un pequeño punto luminoso en B, por encima del centro de la pantalla, aunque A está por debajo del eje de la cámara.

De igual manera, la punta de la llama (por encima del eje) estaría representada por un punto en la pantalla por debajo de su centro. Y así sucesivamente para todos los millones de puntos de la llama.

Si agrandáramos el agujero obtendríamos una imagen más brillante, pero tendría contornos menos definidos, porque una serie de rayos procedentes de cada punto de la vela llegarían a la pantalla y se mezclarían con los rayos de los haces vecinos.

Ahora bien, aunque se puede tomar una fotografía buena y nítida a través de un estenopo, el tiempo necesario es tan largo que la fotografía de este tipo tiene poco valor práctico.

Lo que queremos es un gran agujero para que la luz entre en la cámara y, al mismo tiempo, conseguir una imagen nítida. Si colocamos una lente en el agujero podemos cumplir nuestro deseo.

La fig. 107 muestra una lente en posición, que reúne una serie de rayos de un punto, A, y los enfoca en un punto, B. Si la lente tiene 1.000 veces el área del estenopo, dejará pasar 1.000 veces más rayos, y la imagen de A se imprimirá en una placa fotográfica sensibilizada 1.000 veces más rápidamente.

LA IMAGEN PROYECTADA POR UNA LENTE CONVEXA.

La fig. 108 muestra de forma esquemática cómo una lente convexa forma una imagen.

Desde A y B, los extremos del objeto, se considera que un rayo simple pasa a través del centro de la lente. Este no se desvía en absoluto.

Otros dos rayos procedentes de los mismos puntos inciden en la lente por encima y por debajo del centro respectivamente. Estos se desvían hacia dentro y se encuentran con los rayos centrales, o convergen en un foco con ellos en A¹ y B¹.

En realidad, una cantidad innumerable de rayos se transmitirían desde cada punto del objeto y se reunirían para formar la imagen.

ENFOQUE.

Debemos prestar ahora especial atención a esa palabra que se oye tan a menudo en la charla fotográfica: «enfoque». ¿Qué se entiende por el foco o la distancia focal de una lente?

Pues bien, simplemente significa la distancia entre el centro óptico de la lente y el plano en el que se forma la imagen.

Debemos hacer aquí un breve inciso para llamar la atención sobre los tres sencillos diagramas de la Fig. 109.

Se supone que el objeto, O, en cada caso se encuentra a la derecha de la lente.

En el diagrama superior, el objeto está tan lejos de la lente que todos los rayos procedentes de un solo punto del mismo son prácticamente paralelos. Estos convergen en un foco en F. Si la distancia entre F y el centro de la lente es de seis pulgadas, decimos que la lente tiene una distancia focal de seis pulgadas. La distancia focal de una lente se juzga por la distancia entre la lente y la imagen cuando el objeto está lejos. Para evitar confusiones, esta distancia focal se conoce como el foco principal, y se denota con el símbolo f.

En el diagrama central, el objeto está bastante cerca de la lente, la cual tiene que lidiar con rayos que inciden en su superficie más cercana con un ángulo más agudo que antes (contando desde el centro). Como la lente solo puede desviar su trayectoria hasta un grado determinado, tras pasar la lente noconvergerán hasta alcanzar un punto, F¹, más alejado de la lente que F.

Cuanto más acercamos O a la lente, más lejos se encuentra el punto focal al otro lado, hasta alcanzar una distancia igual a la de F respecto a la lente, momento en el que los rayos emergen del vidrio en un haz paralelo. Los rayos ya no convergen en un foco y no puede haber imagen. Si se acerca O a una distancia menor que la focal, los rayos divergirían después de pasar a través de la lente.

POSICIONES RELATIVAS DE OBJETO E IMAGEN.

De lo que se ha dicho anteriormente deducimos dos conclusiones principales: (1.) Cuanto más cerca se acerque un objeto a la lente, más lejos de la lente estará la imagen. (2.) Si el objeto se acerca a una distancia menor que la focal principal de la lente, esta no proyectará ninguna imagen. Para aclarar esto, añadimos un diagrama (Fig. 110), que muestra cinco posiciones de un objeto y las posiciones relativas de la imagen (en líneas de puntos). Primero, observamos que la línea A B, o A B¹, denota la distancia focal principal de la lente, y A C, o A C¹, denota el doble de la distancia focal. Tomaremos las posiciones en orden:—

Posición I. Objeto más alejado que 2f. Imagen invertida más pequeña que el objeto, a una distancia que supera ligeramente a f.

Posición II. Objeto a distancia = 2f. Imagen invertida a distancia = 2f, y de tamaño igual al del objeto.

Posición III Objeto más cerca que 2f. Imagen invertida más alejada que 2f; mayor que el objeto.

Posición IV. Objeto a distancia = f. Como los rayos son paralelos tras pasar la lente, no se proyecta imagen alguna.

Posición V. El objeto se encuentra a una distancia menor que f. La lente ya no produce ninguna imagen real —es decir, una que pueda recogerse en una pantalla de enfoque—, sino que existe una imagen virtual, derecha y aumentada, en el mismo lado de la lente que el objeto.

Nos referiremos a las imágenes virtuales con más detalle en breve. Es de esperar que cualquier lector que practique la fotografía comprenda ahora por qué es necesario extender el fuelle de su cámara más allá de la distancia focal ordinaria al fotografiar objetos de cerca.

De la Fig. 110 puede extraer una sugerencia de utilidad práctica: a saber, que para copiar un diagrama, etc., a tamaño natural, tanto este como la placa deben encontrarse exactamente a 2f del centro óptico de la lente. Y de esto se deduce que cuanto más pueda extender el fuelle de su cámara más allá de 2f, mayor será la ampliación posible del original.

CORRECCIÓN DE LENTES PARA EL COLOR.

Hemos mencionado la separación de los colores del espectro de la luz blanca mediante un prisma. Ahora bien, una lente es una forma de prisma y, por lo tanto, separa los colores.

En la Fig. 111 suponemos que dos rayos rojos paralelos y dos rayos violetas paralelos procedentes de un objeto distante atraviesan una lente. Una lente ejerce su mayor efecto de desviación sobre los rayos violetas y el menor sobre los rojos, mientras que los demás colores del espectro reciben una influencia intermedia. Por simplicidad, hemos tomado únicamente los dos extremos.

Se observa que el punto R, en el que se encuentran los rayos rojos, está mucho más alejado de la lente que V, el punto de confluencia de los rayos violetas. Rara vez un fotógrafo tiene que fotografiar un sujeto en el que no haya objetos de varios colores diferentes, y es obvio que si utilizara una lente simple como la de la Fig. 111 y enfocara bien los objetos rojos, las porciones azul y verde de su imagen quedarían necesariamente más o menos desenfocadas.

Este defecto puede corregirse afortunadamente mediante el método que se muestra en la Fig. 112. Se necesita una lente compuesta, formada por un elemento convexo de vidrio crown, B, y un elemento cóncavo, A, de vidrio flint. A modo de ilustración, las dos partes se muestran separadas; en la práctica estarían cementadas juntas, formando un solo cuerpo óptico, más grueso en el centro que en los bordes —una lente de menisco, de hecho, ya que A no es tan cóncava como B es convexa. Ahora bien, un tal Sr. Hall descubrió hace muchos años que, si la luz blanca atravesaba dos prismas similares, uno de vidrio flint y el otro de vidrio crown, el primero tenía un mayor efecto al separar los colores del espectro; es decir, los rayos violetas se desviaban más bruscamente en comparación con los rayos rojos de lo que ocurría con el prisma de vidrio crown. Mire la Fig. 112. Los rayos rojos que atraviesan el vidrio flint apenas se desvían, mientras que los rayos violetas giran bruscamente hacia fuera. Esto es justo lo que se necesita, ya que contrarresta la refracción hacia dentro desigual de B, y ambos conjuntos de rayos convergen en un foco en el mismo plano. Dicha lente se denomina acromática, o incolora. Si sostiene una lente de aumento común a cierta distancia de una letra grande, verá que las letras tienen bordes con bandas de colores, lo que demuestra que la lente no es acromática. Una lente fotográfica corregida adecuadamente no mostraría estos bonitos bordes. La corrección del color también es necesaria para las lentes utilizadas en telescopios y microscopios.

ABERRACIÓN ESFÉRICA.

Una lente que ha sido corregida en cuanto al color sigue siendo imperfecta. Si los rayos pasan a través de todas sus partes, aquellos que inciden cerca del borde se refractarán más que los cercanos al centro, y el resultado será un foco borroso. Esto se denomina aberración esférica.

Podrá comprender el motivo a partir de las figs. 113 y 114.

• Dos rayos, A, son paralelos al eje y entran en la lente cerca del centro (Fig. 113). Estos convergen en un mismo plano.
• Otros dos rayos, B, inciden en la lente muy oblicuamente cerca del borde y, por tal motivo, ambos son desviados bruscamente hacia arriba, convergiendo en un foco situado en un plano más cercano a la lente que el de A.

Si esto ocurriera en una cámara, los resultados serían muy malos. Tanto A como B estarían desenfocados.

El problema se reduce al mínimo colocando frente a la lente una placa con una abertura circular central (indicada por la línea gruesa y oscura en la Fig. 114). Los rayos B de la Fig. 113 son detenidos por esta placa, por lo que esta recibe el nombre de diafragma (o stop). Pero otros rayos provenientes del mismo punto pasan a través del orificio. Estos, sin embargo, inciden en la lente de manera mucho más perpendicular por encima del centro y no se refractan de forma excesiva, de modo que convergen en el mismo plano que los rayos A.

DISTORSIÓN DE LA IMAGEN.

La lente que hemos estado considerando es un menisco simple, como el que se usa en la fotografía de paisajes, montada con la cara convexa orientada hacia el interior de la cámara, y con el diafragma situado delante de ella.

Si posee una lente de este tipo, pruebe el siguiente experimento con ella. Dibuje un cuadrado grande en una hoja de papel blanco y enfóquelo en la pantalla. Los lados, en lugar de ser rectos, se abomban hacia afuera: esto se conoce como distorsión de barrilete.

Ahora gire la montura de la lente de modo que esta quede hacia afuera y el diafragma hacia adentro. Los lados del cuadrado parecerán curvarse hacia el centro: esto es distorsión de cojín.

Durante mucho tiempo los ópticos fueron incapaces de encontrar un remedio. Entonces el Sr. George S. Cundell sugirió que se debían usar dos lentes de menisco en combinación, una a cada lado del diafragma, como en la Fig. 115. Cada una produce distorsión, pero esta es contrarrestada por la distorsión opuesta de la otra, y un cuadrado se representa como un cuadrado. Las lentes de este tipo se llaman rectilíneas, o productoras de líneas rectas.

Hemos repasado ahora los tres defectos principales de una lente —la aberración cromática, la aberración esférica y la distorsión— y hemos visto cómo pueden remediarse. Así pues, pasaremos ahora a la más perfecta de las cámaras,

EL OJO HUMANO.

El ojo (Fig. 116) es de forma casi esférica, y está rodeado por fuera, excepto en la parte anterior, por una capa dura y córnea llamada esclerótica (S).

En la parte anterior se encuentra la córnea (A), que sobresale hacia afuera y actúa como una ventana transparente para dejar entrar la luz hacia la lente del ojo (C).

Por dentro de la esclerótica, y contigua a ella, se halla la capa coroides; y más hacia el interior está la retina, o pantalla de enfoque curvada del ojo, que puede describirse mejor como una red de fibras que se ramifican a partir del nervio óptico, el cual transmite las sensaciones visuales al cerebro.

El interior del globo ocular está lleno de una sustancia gelatinosa llamada humor vítreo; y la cavidad situada entre la lente y la córnea está llena de agua.

Ya hemos visto que, al enfocar, la distancia entre la lente y la imagen depende de la distancia entre el objeto y la lente. Ahora bien, la retina no se puede acercar ni alejar de su lente, como la pantalla de enfoque de una cámara. ¿Cómo es capaz entonces el ojo de enfocar nítidamente objetos a distancias que varían desde un pie hasta muchas millas?

Como preámbulo a la respuesta debemos observar que cuanto más convexa es una lente, más corto es su foco. Suponemos que tenemos una cámara de caja con una lente de foco de seis pulgadas fijada rígidamente en la posición necesaria para obtener una imagen nítida de objetos distantes. Da la casualidad de que queremos tomar con ella el retrato de una persona situada a pocos pies de la lente. Si fuera una cámara de fuelle, desplazaríamos hacia fuera la parte trasera o delantera. Pero aquí no podemos hacer esto. Así pues, colocamos frente a nuestra lente una segunda lente convexa que acorta su foco principal; de modo que, en la práctica, la caja se ha desplazado hacia fuera lo suficiente.

La naturaleza, sin embargo, emplea un método mucho más perfecto que este. El cristalino es plástico, como un trozo de caucho. Sus bordes están unidos a unos ligamentos (L L), que tiran hacia afuera y tienden a aplanar la curva de sus superficies.

El foco normal es para los objetos distantes. Cuando leemos un libro, el ojo se adapta al trabajo. Los ligamentos se relajan y el cristalino disminuye de diámetro mientras se engrosa en el centro, hasta que su curvatura es tal que enfoca nítidamente todos los rayos del libro sobre la retina. Si de repente miramos a través de la ventana algo exterior, los ligamentos tiran de la envoltura del cristalino y aplastan las curvas.

Esta maravillosa lente es acromática, y está libre de aberración esférica y distorsión de la imagen. Tampoco debemos olvidar que cuenta con la ayuda de un «diafragma» automático, el iris, cuyo orificio central se denomina pupila.

Decimos que una persona tiene los ojos negros, azules o grises según el color del iris. Al igual que la lente, el iris se adapta a todas las condiciones, contrayéndose cuando la luz es intensa y abriéndose cuando la luz es débil, de modo que se permita la entrada de una cantidad de luz tan uniforme como las condiciones lo permitan.

La mayoría de las lentes de las cámaras modernas están equipadas con diafragmas ajustables que se pueden hacer más grandes o más pequeños girando un anillo en la montura, y se denominan diafragmas de «iris». La imagen de cualquier objeto visto se proyecta sobre la retina invertida, y el cerebro vuelve a invertir la posición, de modo que obtenemos una impresión correcta de las cosas.

EL USO DE LOS ANTEOJOS.

El lector podrá comprender ahora sin mayor dificultad la función de un par de anteojos.

Un gran número de personas de todas las edades padece de miopía. Por una u otra razón, la distancia entre el cristalino y la retina llega a ser demasiado grande para que una persona pueda distinguir con claridad los objetos distantes.

El cristalino, como se muestra en la Fig. 117a, es demasiado convexo —tiene su foco mínimo demasiado corto— y los rayos se encuentran y se cruzan antes de llegar a la retina, lo que causa una confusión general en el contorno. Este defecto se remedia simplemente colocando delante del ojo (Fig. 117b) una lente cóncava, para dispersar un poco los rayos antes de que entren en el ojo, de modo que converjan en un foco sobre la retina.

Si la vista de una persona se corrige de este modo para los objetos distantes, todavía puede ver los objetos cercanos con total claridad, ya que el cristalino adaptará su convexidad para ellos. El término científico para la miopía es miopía.

La hipermetropía (long-sight, o hypermetropia) indica que el globo ocular es demasiado corto o el cristalino demasiado plano.

La fig. 118a representa el estado normal de un ojo hipermétrope. Al mirar un objeto distante, el ojo se engrosa ligeramente y lleva el foco hacia adelante, sobre la retina. Pero su capacidad de engrosamiento en un ojo así es muy limitada y, en consecuencia, los rayos procedentes de un objeto cercano se enfocan detrás de la retina.

Por tanto, es necesario que una persona hipermétrope use gafas convexas para leer el periódico. Como se ve en la fig. 118b, la lente de las gafas concentra los rayos antes de que entren en el ojo, haciendo así parte del trabajo del ojo por él.

Volviendo por un momento al diagrama del ojo (Fig. 116), notamos una mancha negra en la retina cerca del nervio óptico. Esta es la «mancha amarilla». La visión es más nítida cuando la imagen del objeto observado se forma en esta parte de la retina.

El «punto ciego» es aquel punto en el cual el nervio óptico entra en la retina, llamado así debido a que es completamente insensible a la luz.

El hallazgo del punto ciego es un pequeño experimento interesante. En una tarjeta, hágase una mancha grande y una pequeña separadas tres pulgadas, la una de un octavo y la otra de media pulgada de diámetro. Acérquese la tarjeta al rostro de modo que un ojo quede exactamente opuesto a cada mancha, y ciérrese el ojo opuesto a la más pequeña. Diríjase ahora el otro ojo a esta mancha y se descubrirá, si se mueve la tarjeta hacia atrás y hacia adelante, que a cierta distancia la mancha grande, aunque muchas veces mayor que su compañera, ha desaparecido por completo, porque los rayos procedentes de ella entran oblicuamente en el ojo abierto y caen sobre el «punto ciego».

# Capítulo XIII.

# EL MICROSCOPIO, EL TELESCOPIO Y LA LINTERNA MÁGICA.

El microscopio simple—Uso del microscopio simple en el telescopio—El telescopio terrestre—El telescopio galileo—El telescopio prismático—El telescopio reflector—El espejo parabólico—El microscopio compuesto—La linterna mágica—El bioscopio—El espejo plano.

En la Fig. 119 está representado un ojo que mira un jarrón, de tres pulgadas de alto, situado en A, a un pie de distancia. Si hubiéramos de colocar otro jarrón, B, de seis pulgadas de alto, a una distancia de dos pies; o C, de nueve pulgadas de alto, a tres pies; o D, de un pie de alto, a cuatro pies, la imagen en la retina sería en cada caso del mismo tamaño que la proyectada por A. Podemos, por lo tanto, establecer la regla de que el tamaño aparente de un objeto depende del ángulo que subtiende en el ojo.

Para ver las cosas con mayor claridad, nos acercamos a ellas; y si son muy pequeñas, las acercamos al ojo. Existe, sin embargo, un límite en la cercanía con la que pueden colocarse de manera ventajosa. El ojo normal es incapaz de adaptar su enfoque a un objeto situado a menos de diez pulgadas de distancia aproximadamente, lo que se denomina la «distancia mínima de visión distinta».

EL MICROSCOPIO SIMPLE.

Una lupa resulta útil cuando queremos examinar un objeto muy de cerca. El vidrio es una lente de focal corta, sostenida a una distancia algo menor que su distancia focal principal, F (véase la fig. 120), respecto al objeto. Los rayos de la cabeza y la punta del alfiler que entran en el ojo se denotan mediante líneas continuas. Al ser desviados por la lente, el ojo tiene la impresión de que un alfiler mucho más largo está situado a una distancia considerable detrás del objeto real, en el plano en el que convergerían los rayos refractados si se prolongaran hacia atrás (indicado por las líneas de puntos).

El efecto de la lente, en la práctica, es alejarlo (el objeto) más allá de la distancia mínima de visión distinta y, al mismo tiempo, retener sin disminuir el ángulo que subtiende en el ojo o, lo que es lo mismo, el tamaño real de la imagen formada en la retina.²²

De ello se deduce, por tanto, que si una lente tiene una distancia focal tan corta que nos permite ver un objeto con claridad a una distancia de dos pulgadas —es decir, una quinta parte de la distancia mínima de visión distinta—, obtendremos en la retina una imagen cinco veces mayor en diámetro de lo que sería posible sin la lente.

Los dos sencillos diagramas (figs. 121 y 122) muestran por qué la imagen que se va a magnificar debe estar más cerca de la lente que el foco principal, F.

Ya hemos visto (fig. 109) que los rayos procedentes de un punto en el plano focal principal emergen como un haz paralelo. Estos pueden ser enfocados por el ojo, porque normalmente tiene una curvatura para enfocar rayos paralelos.

Pero, debido al poder de «acomodación», también puede enfocar rayos divergentes (fig. 121), ya que la lente ocular se engrosa la cantidad necesaria, y por tanto colocamos nuestra lupa un poco más cerca que F para obtener toda la ventaja de la proximidad.

Si tuviéramos el objeto fuera del foco principal, como en la fig. 122, los rayos procedentes de él convergerían, y estos no podrían reunirse en un punto nítido mediante la lente ocular, ya que esta no puede aplanarse más de lo necesario para enfocar rayos paralelos.

USO DEL MICROSCOPIO SIMPLE EN EL TELESCOPIO.

Pasemos ahora a la Fig. 123. En A hay un objeto distante, digamos, a cien yardas de distancia. B es una lente biconvexa que tiene una distancia focal de veinte pulgadas. Podemos suponer que es la lente de una cámara. La lente proyecta una imagen invertida del objeto en C. Si el ojo se colocara en C, no distinguiría nada. Pero si se retira a D, la menor distancia de visión distinta,²³ detrás de C, la imagen se ve claramente.

Que la imagen está realmente en C se demuestra bajando la pantalla de enfoque, que la capta inmediatamente. Ahora bien, como el foco de la lente es dos veces d, la imagen será dos veces más grande de lo que el objeto parecería si se viera directamente sin la lente. Podemos expresar esto en una fórmula muy sencilla:—

Amplificación = distancia focal de la lente d

En la fig. 124 hemos interpuesto entre el ojo y el objeto una pequeña lupa de 2 pulgadas y media de foco, de modo que ahora el ojo puede ver claramente la imagen cuando se encuentra a una distancia de un cuarto de d de ella. B ya amplifica la imagen dos veces; el ocular la amplifica de nuevo cuatro veces; de modo que la amplificación total es de 2 × 4 = 8 veces. Este resultado se obtiene rápidamente dividiendo el foco de B (que corresponde al objetivo de un telescopio) por el foco del ocular, de este modo:—

20 2½ = 8

El telescopio astronómico ordinario tiene un objetivo de foco muy largo en un extremo del tubo, y un ocular de foco muy corto en el otro.

Para ver un objeto con claridad, uno simplemente tiene que empujar hacia adentro o sacar el ocular hasta que su foco coincida exactamente con el del objetivo.

EL TELESCOPIO TERRESTRE.

Un telescopio astronómico invierte las imágenes. Esta inversión resulta inconveniente para otros fines. Por eso el telescopio terrestre (como el que comúnmente usan los marinos) tiene un ocular compuesto de cuatro lentes convexas que enderezan además de magnificar la imagen.

La Fig. 125 muestra la forma más simple de ocular enderezador compuesto.

EL TELESCOPIO GALILEANO.

Una tercera forma de telescopio es la inventada por el gran astrónomo italiano, Galileo,²⁴ en 1609. Su principio se muestra en la Fig. 126.

Los rayos transmitidos por el objetivo son interceptados, antes de llegar a un foco, por una lente cóncava que los separa de modo que parecen encontrarse en las trayectorias de convergencia indicadas por las líneas de puntos. La imagen es derecha. Los anteojos de teatro están construidos según el principio galileano.

EL TELESCOPIO PRISMÁTICO.

Con el fin de poder utilizar un objetivo de distancia focal larga sin necesidad de un tubo de enfoque largo, a veces se emplea un sistema de prismas reflectores de vidrio, tal como se muestra en la Fig. 127.

Un rayo que atraviesa el objetivo se refleja desde una superficie posterior del prisma A hacia la otra superficie posterior, y de esta hacia afuera a través de la parte delantera hasta un segundo prisma dispuesto en ángulo recto con respecto al primero, el cual transmite el rayo hacia el ocular compuesto.

La distancia entre el objetivo y el ocular queda así triplicada prácticamente. Los anteojos prismáticos más conocidos son los prismáticos Zeiss.

EL TELESCOPIO REFLECTOR.

No debemos omitir la referencia al telescopio reflector, tan ampliamente utilizado por los astrónomos.

El extremo delantero del telescopio está abierto, ya que no hay lente objetivo. Los rayos del objeto caen sobre un espejo parabólico situado en el extremo trasero del tubo. Este los refleja hacia adelante hasta un foco.

En el reflector newtoniano, un espejo plano o prisma está situado en el eje del tubo, en el foco, para reflejar los rayos a través de un ocular que sobresale por el lateral del tubo.

La forma de reflector de Herschel tiene el espejo colocado en un ángulo respecto al eje, de modo que los rayos se reflejan directamente hacia un ocular que apunta a través del lateral del tubo hacia el espejo.

EL ESPEJO PARABÓLICO.

Este espejo (Fig. 128) tiene una forma tal que todos los rayos paralelos al eje se reflejan hacia un punto común.

En el reflector marino se dispone una potente lámpara de arco con el arco en el foco de un reflector parabólico, el cual envía toda la luz reflejada hacia adelante en un haz de rayos paralelos. El proyector más potente existente proporciona una luz equivalente a la de 350 millones de bujías.

EL MICROSCOPIO COMPUESTO.

Ya hemos observado (Fig. 110) que cuanto más se acerca un objeto a una lente, más lejos, por detrás de ella, se forma la imagen real, hasta que el objeto alcanza la distancia focal, momento en el cual no se proyecta imagen alguna, ya que se encuentra a una distancia infinita detrás de la lente.

Suponemos que una determinada lente tiene un foco de seis pulgadas. Colocamos una vela encendida a cuatro pies frente a ella y descubrimos que se proyecta una imagen nítida y reducida en una pantalla de vidrio esmerilado sostenida a siete pulgadas por detrás.

Si ahora intercambiamos las posiciones de la vela y la pantalla, obtendremos una imagen ampliada de la vela. Esta es una simple demostración de la ley de los focos conjugados, a saber: que la distancia entre la lente y un objeto a un lado y la distancia entre la lente y la imagen correspondiente al otro guardan una relación definida entre sí, y un objeto colocado en cualquiera de los focos proyectará una imagen en el otro.

Que la imagen sea mayor o menor que el objeto depende de qué foco ocupe. En el caso del objetivo de un telescopio, la imagen estaba en lo que podemos llamar el foco corto.

Ahora bien, un microscopio compuesto es prácticamente un telescopio con el objeto en el foco largo, muy cerca de una lente de foco corto. Se proyecta una imagen muy ampliada (véase la Fig. 129) en el foco conjugado, y esta es captada y magnificada aún más por el ocular. Podemos añadir que el objetivo de un microscopio suele estar compuesto por varias lentes, al igual que el ocular.

LA LINTERNA MÁGICA.

Las características más esenciales de una linterna mágica son:—(1) La fuente de luz; (2) el condensador para concentrar los rayos de luz en la diapositiva; (3) la lente para proyectar una imagen ampliada en una pantalla.

La Fig. 130 muestra esto de forma esquemática. El iluminante es más comúnmente una lámpara de aceite, o un mechero de gas acetileno, o un cilindro de cal calentado a una luminosidad intensa mediante una llama oxihídrica. La combustión natural del hidrógeno va acompañada de un gran calor y, cuando el suministro de oxígeno se aumenta artificialmente, la temperatura de la llama se eleva enormemente.

La boquilla de un soplete oxihídrico tiene un tubo interior conectado al cilindro que contiene un gas, y un tubo exterior, algo mayor, que conduce desde el que contiene el otro, estando ambos dispuestos concéntricamente en la boquilla. Mediante válvulas se pueden regular las proporciones de los gases para obtener los mejores resultados.

El condensador se coloca un poco más lejos del iluminante que la distancia focal principal de las lentes, de modo que los rayos que inciden sobre ellas se desvían hacia adentro, o hacia la preparación.

El objetivo, o lente del objeto, se encuentra frente a la preparación. Su posición es ajustable mediante una cremallera y un tubo deslizante. Cuanto más cerca se acerque a la preparación, más lejos estará el foco conjugado (véase la pág. 239) y, en consecuencia, la imagen. El operador instala primero su pantalla y su linterna, y luego encuentra los focos conjugados de la preparación y de la imagen moviendo el objetivo hacia dentro o hacia fuera mediante la cremallera.

Si se emplea un objetivo de foco muy corto, se pueden proyectar sobre la pantalla, enormemente magnificados, sujetos de proporciones microscópicas.

Durante el sitio de París en 1870-71, los parisinos establecieron un servicio de correos por globo y paloma para transportar cartas que habían sido copiadas a un tamaño minúsculo mediante fotografía.

• Estas copias podían introducirse en un cáñamo de pluma y sujetarse al ala de una paloma.
• Al recibirlas, las copias se colocaban en una linterna especial y se proyectaban como escritura grande en la pantalla.

Desde entonces, la microfotografía ha avanzado a grandes pasos y hoy se utiliza ampliamente con fines científicos, siendo uno de los más importantes el estudio de las formaciones cristalinas de los metales bajo diferentes condiciones.

EL BIOSCOPIO.

Las "vistas vivas" son la mejora más reciente en las funciones de linterna mágica. Los negativos a partir de los cuales se imprimen las películas para la linterna se hacen pasando una cinta de celuloide sensibilizado a través de una forma especial de cámara, que hace avanzar la cinta por delante del objetivo en una serie de tirones, realizándose una exposición de forma automática mediante un obturador giratorio durante cada pausa.

La película positiva se coloca en una linterna, y el movimiento intermitente se repite; pero ahora la fuente de iluminación está detrás de la película, y la luz atraviesa el obturador hacia afuera para llegar a la pantalla.

En el bioscopio Urban, la película viaja a una velocidad de quince millas por hora, realizándose más de cien exposiciones cada segundo.

La impresión de movimiento continuo surge del hecho de que el ojo no puede desprenderse de una impresión visual en menos de una décima de segundo. De modo que si una serie de impresiones se suceden con mayor rapidez de la que el ojo tarda en librarse de ellas, las impresiones se superpondrán y darán una sensación de movimiento, si la posición de algunos de los objetos, o partes de los objetos, varía ligeramente en cada imagen sucesiva.²⁵

EL ESPEJO PLANO.

Este capítulo puede concluir con una mirada al espejo común. ¿Por qué vemos un reflejo en él? La respuesta se da gráficamente en la Fig. 131. Dos rayos, A b, A c, procedentes de un punto A inciden en el espejo M en los puntos b y c. Las líneas b N, c O, trazadas desde estos puntos perpendiculares al espejo, se denominan sus normales. Los ángulos A b N, A c O son los ángulos de incidencia de los rayos A b, A c. Las trayectorias que siguen los rayos tras la reflexión deben formar ángulos con b N y c O respectivamente iguales a A b N, A c O. Estos son los ángulos de reflexión. Si el ojo está situado de tal manera que los rayos entran en él como en nuestra ilustración, se ve una imagen del punto A en el punto A¹, en el cual las líneas D b, E c se encuentran al prolongarse hacia atrás.

Cuando el espejo vertical se sustituye por una superficie reflectante horizontal, como un estanque (Fig. 132), ocurre lo mismo. El punto en el que el rayo procedente del reflejo de la punta de la aguja hasta el ojo parece atravesar la superficie del agua debe estar situado de tal manera que, si se trazara desde la superficie una línea perpendicular a él, los ángulos formados por las líneas trazadas desde la punta real de la aguja y desde el ojo del observador hasta la base de la perpendicular serían iguales.

# Capítulo XIV.

# SONIDO E INSTRUMENTOS MUSICALES.

Naturaleza del sonido—El oído—Instrumentos musicales—La vibración de las cuerdas—La tabla armónica y elmazo de un piano—Las cuerdas—El mecanismo de percusión—La calidad de una nota.

El sonido se diferencia de la luz, el calor y la electricidad en que solo puede propagarse a través de la materia. Las ondas sonoras son ondas de materia, no ondas de éter.

Esto puede probarse colocando un timbre eléctrico bajo la campana extractora de una máquina neumática y extrayendo todo el aire. El éter todavía permanece dentro de la campana, pero si se pone el timbre en marcha no se oye ningún sonido. Admítase aire, y el tañido del gong se oye con bastante claridad.

El sonido se asemeja a la luz y al calor, sin embargo, hasta ahora, en que puede ser concentrado por medio de lentes adecuadas y superficies curvas. Un eco es una prueba de su reflexión en una superficie.

Antes de ocuparnos de los diversos aparatos utilizados para producir ondas sonoras de un carácter determinado, examinemos ese maravilloso aparato natural

EL OÍDO, a través del cual recibimos aquellas sensaciones que llamamos sonido.

Fig. 133 es un corte puramente diagramático del oído, que muestra las diversas partes distorsionadas y fuera de proporción.

Comenzando por la izquierda, tenemos el oído externo, el lóbulo, para captar las ondas sonoras hacia la membrana del tímpano, a la cual está adherido el primero de una serie de osículos, o huesecillos.

El último de estos presiona contra una abertura en el oído interno, una cavidad rodeada por los huesos de la cabeza.

Dentro del oído interno hay un líquido acuoso, P, llamado perilinfa («agua circundante»), sumergido en el cual se encuentra una envuelta membranosa, M, que contiene endolinfa («agua interior»), también llena de líquido.

Hacia este líquido se proyectan E E E, las terminaciones del nervio auditivo, que se dirigen al cerebro.

Cuando las ondas sonoras chocan contra el tímpano, hacen que este se mueva hacia adentro y hacia afuera en una serie de rápidos movimientos. Los huesecillos accionados por el tímpano presionan la pequeña abertura O, cubierta por una membrana, y cada vez que la empujan hacia adentro, comprimen ligeramente la perilinfa, la cual a su vez comprime la endolinfa, afectando las terminaciones nerviosas y transmitiendo por vía telegráfica una sensación de sonido al cerebro.

En la Fig. 134 tenemos un croquis más desarrollado, que muestra con mayor detalle, aunque aún no en sus proporciones reales, los componentes del oído.

Los huesecillos M, I y S son respectivamente el malleus (martillo), el incus (yunque) y el stapes (estribo). Cada uno está unido por ligamentos a las paredes del oído medio.

El tímpano mueve el martillo, el martillo el yunque, y el yunque el estribo; este último presiona en la abertura O de la Fig. 133, científicamente conocida como fenestra ovalis u ventana oval.

Como los líquidos son prácticamente incompresibles, la naturaleza ha previsto la compresión de la membrana de la ventana oval mediante una segunda abertura, la ventana redonda, también recubierta por una membrana.

Cuando el estribo empuja hacia adentro la membrana oval, la membrana redonda se abomba hacia afuera, bastando su elasticidad para ejercer cierta presión sobre la perilinfa (indicada por la parte punteada del oído interno).

El oído interno consta de dos partes principales: la cóclea —llamada así por su parecido en forma con la concha de un caracol— y los canales semicirculares. Cada porción tiene su perilinfa y endolinfa, y contiene un cierto número de terminaciones nerviosas, las cuales son, sin embargo, más numerosas en la cóclea.

No sabemos con certeza cuáles son las funciones de los canales y de la cóclea; pero es probable que los primeros nos permitan distinguir entre la intensidad o volumen de los sonidos y la dirección de la que provienen, mientras que la segunda nos permite determinar la altura de una nota.

En la cóclea hay alrededor de 2.800 diminutas terminaciones nerviosas, llamadas bastones de Corti. El oído normal tiene un rango tal que proporciona unos 33 bastones por semitono. El gran científico Helmholtz ha propuesto la teoría de que estos pequeños bastones son como minúsculos diapasones, cada uno de los cuales responde a una nota de determinada altura; de modo que cuando se hace sonar la cuerda de un piano y las vibraciones del aire se transmiten al oído interno, estas afectan solo a uno de estos bastones y a la parte del cerebro a la que sirve, y así tenemos la impresión de una nota en particular.

Se ha demostrado mediante experimentos que un oído muy sensible puede distinguir entre sonidos que varían en altura solo en 1/64 de semitono, o apenas la mitad del rango de cualquier fibra de Corti. Helmholtz supera esta dificultad sugiriendo que en tal oído dos fibras adyacentes resultan afectadas, pero una más que la otra.

Una persona que tiene «buen oído» para la música es presumiblemente aquella cuyas varillas de Corti son muy perfectas. Las personas desafortunadas, como el caballero que solo era capaz de reconocer una melodía, y eso porque la gente se quitaba el sombrero cuando empezaba, están físicamente deficientes. Sus varillas de Corti no pueden estar debidamente desarrolladas.

Lo que se aplica a una sola nota se aplica también a los elementos de un acorde musical. Una docena de notas pueden sonar simultáneamente, pero el oído es capaz de asimilar cada una y fundirla con sus compañeras; sin embargo, se requiere un oído muy sensible y bien entrenado para aislar cualquier parte de una armonía y concentrar la atención del cerebro en esa parte.

El oído tiene un radio de acción mucho mayor que el ojo.

"Mientras que aquel abarca once octavas, poco más de una sola octava es posible para este. Las vibraciones más rápidas que impresionan al ojo, en forma de luz, tienen apenas el doble de rapidez que las más lentas; mientras que las vibraciones más rápidas que impresionan al oído, en forma de sonido musical, tienen más de dos mil veces la rapidez de las más lentas."²⁶

Para llegar a cifras concretas, el oído ordinario es sensible a vibraciones que van de 16 a 38.000 por segundo. Las notas más baja y más alta de un piano producen respectivamente unas 40 y 4.000 vibraciones por segundo.

Por supuesto, algunos oídos, al igual que algunos ojos, no pueden abarcar toda la escala. El chischás de los murciélagos y el chirrido de los grillos son inauditos para algunas personas; y los perros son capaces de oír sonidos demasiado agudos como para afectar el aparato auditivo humano.

No es la parte menos interesante de este maravilloso órgano la membrana timpánica, que está provista de músculos para alterar su tensión automáticamente. Si estamos «esforzando el oído» para captar un sonido agudo, tensamos la membrana; mientras que si nos «preparamos» para una detonación profunda y fuerte como la de un disparo, dejamos que el tímpano se relaje.

La trompa de Eustaquio (Fig. 134) se comunica con la boca. Su función es probablemente mantener la presión del aire igual en ambos lados del tímpano. Cuando uno se resfría, la trompa tiende a bloquearse con moco, lo que causa una presión desigual y la consiguiente sordera parcial.

Antes de dejar este tema, será bueno recordar a nuestros lectores más jóvenes que el oído está delicada y maravillosamente hecho, y debe ser tratado con respeto.

Los gritos repentinos en el oído, o un golpe en juego, pueden tener efectos gravísimos al reventar el tímpano o dañar la disposición de los pequeños huesos que lo comunican con el oído interno.

INSTRUMENTOS MUSICALES.

Estos son artificios para producir choques sonoros que se suceden con rapidez a intervalos regulares. Los sonidos musicales se distinguen de los meros ruidos por su regularidad.

Si agitamos una serie de clavos en una caja de hojalata, obtenemos únicamente una serie de sensaciones superpuestas y caóticas. Por otra parte, si golpeamos un diapasón, el aire se agita un cierto número de veces por segundo, con un resultado agradable que llamamos nota.

Comenzaremos nuestra excursión por el territorio de los instrumentos musicales con el examen de ese mueble tan familiar,

EL PIANOFORTE, que significa literalmente el «suave-fuerte».

Por muchos niños el piano es considerado como una gran molestia, el devorador de tiempo que podría ocuparse de manera mucho más agradable, y en consecuencia se le muestra mucho menos respeto del que se le otorga a un fonógrafo o a una caja de música.

Sin embargo, el piano moderno es una obra muy ingeniosa, admirablemente adaptada para la producción de dulce melodía —si se maneja adecuadamente—.

Las dos formas de piano usadas por lo general hoy en día son el vertical, con tabla armónica y cuerdas verticales, y el de cola, con tabla armónica horizontal.²⁷

LA VIBRACIÓN DE LAS CUERDAS.

Como el pianoforte es un instrumento de cuerda, debe prestarse cierta atención al tema de la vibración de las cuerdas. Una cuerda en estado de tensión emite una nota al ser pulsada y se le permite vibrar libremente. La altura de la nota depende de varias condiciones:—(1) El diámetro de la cuerda; (2) la tensión de la cuerda; (3) la longitud de la cuerda; (4) la sustancia de la cuerda. Tomándolas en orden:—(1.) El número de vibraciones por segundo es inversamente proporcional al diámetro de la cuerda: así, una cuerda de un cuarto de pulgada de diámetro vibraría tan solo la mitad de veces en un tiempo dado que una cuerda de un octavo de pulgada de diámetro. (2.) Permaneciendo la longitud invariable, el número de vibraciones es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión: así, una cuerda tensada por un peso de 16 libras vibraría cuatro veces más rápido de lo que lo haría si estuviera tensada por un peso de 1 libra. (3.) El número de vibraciones es inversamente proporcional a la longitud de la cuerda: así, una cuerda de un pie vibraría dos veces más rápido que una cuerda de dos pies, tensada con la misma tensión e igual diámetro y peso. (4.) Manteniéndose lo demás constante, la velocidad de vibración es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad de la sustancia: de modo que un alambre de acero vibraría más rápidamente que un alambre de platino de igual diámetro, longitud y tensión. Estos hechos son importantes de recordar como los principios subyacentes de los instrumentos de cuerda.

Ahora bien, si cuelgas un alambre de un cordón y cuelgas un peso pesado del alambre, este se encontrará en un estado de alta tensión y emitirá una nota clara si se golpea.

Pero el volumen del sonido será muy pequeño, demasiado pequeño para un instrumento práctico. La superficie de la cuerda en sí es tan limitada que solo genera movimientos endebles en el aire circundante.

Ahora cuelga el alambre de una tabla grande y vuelve a golpearlo. El volumen del sonido ha aumentado considerablemente, porque la cuerda ha transmitido sus vibraciones a la gran superficie de la tabla.

Para obtener todo el valor sonoro de las vibraciones de una cuerda, evidentemente debemos montar la cuerda de tal manera que pueda influir en una gran superficie sonora. En un violín, esto se logra tensando las cuerdas sobre un «puente» que descansa sobre una caja hueca hecha de madera perfectamente elástica.

Pase el arco por una cuerda. El fuerte sonido que se oye no proviene únicamente de la cuerda, sino también de toda la superficie de la caja.

LA MESA ARMÓNICA Y EL ARMAZÓN DE UN PIANO.

Un piano tiene sus cuerdas tensadas sobre un armazón de madera o acero, desde una hilera de ganchos en la parte superior del armazón hasta una hilera de clavijas cónicas de extremo cuadrado en la parte inferior, pasando los alambres por unos bordes afilados cerca de ambos extremos.

El afinador es capaz, al girar una clavija, de tensar sus cuerdas hasta que den la nota deseada. Puede interesar a los lectores saber que la tensión media de una cuerda es de 275 libras (aprox. 125 kg), de modo que la tensión total sobre el armazón de un piano de cola oscila entre 20 y 30 toneladas.

A la parte posterior del marco está unida la tabla armónica, hecha de abeto rojo (el conocido árbol de Navidad). Este se obtiene de Europa Central y Oriental, donde se selecciona y prepara cuidadosamente, ya que es fundamental que la madera esté cortada de tal manera que la veta de la madera corra en la dirección adecuada.

LAS CUERDAS.

Estos están hechos de alambre de acero extremadamente resistente de la mejor calidad.

Si examina las cuerdas de su piano, verá que varían en grosor, siendo las más delgadas las del extremo de los agudos del marco. Resulta impracticable usar alambres del mismo grosor y la misma tensión en todo el instrumento. Los fabricantes, por lo tanto, utilizan alambres gruesos con alta tensión para los graves, y alambres más finos y cortos para los agudos, aprovechando los tres factores —peso, tensión y longitud— que hemos señalado anteriormente.

Las cuerdas para las notas más graves están envueltas en un fino hilo de cobre para aumentar su peso sin incrementar su diámetro en las clavijas de afinación.

Hay alrededor de 600 yardas (más o menos un tercio de milla) de alambre en un piano de cola.

EL MECANISMO DE SONERÍA.

Pasamos ahora al mecanismo para poner las cuerdas en estado de vibración. El mecanismo del piano de cola que se muestra en la Fig. 135 puede considerarse típico de las mejoras más recientes. Los elementos esenciales de un mecanismo eficaz son:—(1) Que el golpe propinado sea seco y certero; (2) que la cuerda sea «amortiguada» inmediatamente, o bien que se detenga su vibración si es necesario, para que no interfiera con las notas sucesivas de otras cuerdas; (3) que el martillo sea capaz de repetir los golpes en rápida sucesión. El martillo tiene una cabeza de caoba revestida de fieltro, cuyo grosor disminuye gradual y regularmente desde una pulgada y cuarto en el extremo de los graves hasta tres dieciseisavos de pulgada en las notas más agudas. Los ochenta y cinco martillos del piano se revisten todos juntos en una sola pieza y, a continuación, se cortan para separarlos unos de otros. La consistencia del revestimiento es muy importante. Si es demasiado duro, produce una nota áspera y debe reducirse al grado correcto picándolo con una aguja. En el diagrama, el fieltro se indica mediante la parte punteada.

El mecanismo que acciona el martillo es algo complicado.

Cuando se presiona la tecla, el extremo izquierdo se eleva y empuja todo el mecanismo, que está montado sobre un pivote en un extremo. Elásticamente, el vástago del martillo es levantado por el gatillo B al presionar un botón, N, llamado repetidor, adosado a la parte inferior del vástago.

Cuando el gatillo ha ascendido hasta cierto punto, su brazo, B¹, se engancha contra el botón C y lo desvía de debajo del repetidor en el preciso instante en que el martillo golpea, para evitar que quede bloqueado contra la cuerda.

Al rebotar, el martillo es atrapado por la palanca de repetición R, que lo eleva para permitir una perfecta repetición.

El anticicipo (check) atrapa la cola de la cabeza del martillo durante su descenso cuando se levanta la tecla, y evita que rebote violentamente contra el carro y el reposo. La cola está curvada para cuñas contra el anticipo sin trabarse de ninguna manera.

En el momento en que el carro comienza a subir, el extremo posterior de la tecla eleva una palanca conectada al apagador mediante un alambre vertical, y levanta el apagador de la cuerda. Si se mantiene presionada la tecla, las vibraciones continúan durante mucho tiempo después del golpe; pero si se suelta de inmediato, el apagador las ahoga a medida que el martillo recupera su asiento.

Una barra, L, que pasa por debajo de todos los levantadores de apagadores, se eleva al presionar el pedal fuerte.

El pedal suave desliza todo el teclado a lo largo a una distancia tal que los martillos golpean solo dos de las tres cuerdas asignadas a todas las notas excepto a las de los graves, las cuales tienen una sola cuerda cada una, o dos, según su profundidad o longitud. En algunos pianos, el pedal suave presiona un apagador especial contra las cuerdas; y un tercer tipo de dispositivo acerca los martillos a las cuerdas para que den un golpe más ligero. Estos dos métodos de sordina se limitan a los pianos verticales.

Un piano de alta gama es el resultado de una mano de obra sumamente cuidadosa. El mecanismo de cada nota debe ser regulado con precisión mediante sus diminutos tornillos hasta una mínima fracción de pulgada. Debe garantizarse que cada martillo golpee exactamente en el lugar correcto de la cuerda, ya que de esto depende el valor musical de la nota. El ajuste de los apagadores requiere el mismo esmero, y todo el trabajo exige un oído sensible combinado con conocimientos mecánicos especializados, para que el instrumento posea un toque ligero, potencia y seguridad de acción en todo el teclado.

LA CALIDAD DE UNA NOTA.

Si dos cuerdas, idénticas en todos los aspectos e igualmente tensionadas, son punteadas, ambas darán la misma nota, pero no necesariamente tendrán la misma calidad de tono. La calidad, o timbre, como lo llaman los músicos, está influenciada por la presencia de armónicos, en combinación con el tono fundamental, o más grave, de la cuerda.

El hecho es que, si bien una cuerda vibrante vibra como un todo, también vibra en partes. Hay, por decirlo así, pequeñas ondas superpuestas a las grandes ondas fundamentales. Puntos de mínimo movimiento, llamados nodos, se forman en la cuerda, dividiéndola en dos, tres, cuatro, cinco, etc., partes, las cuales pueden subdividirse aún más mediante nodos secundarios.

La cuerda, considerada dividida en dos por un nodo, da el primer armónico, u octava de la fundamental. También puede vibrar en tres partes y dar el segundo armónico, o la duodécima de la fundamental;²⁸ y en cuatro partes, y dar el tercer armónico, la doble octava.

Ahora bien, si se golpea una cuerda en un punto correspondiente a un nodo, los armónicos que requieren dicho punto para un nodo quedarán anulados debido al movimiento excesivo impartido a la cuerda en ese lugar.

Así, golpearla en el medio anula la octava, la doble octava, etc.; mientras que golpearla en un punto situado a un tercio de la longitud desde un extremo sofoca la duodécima y todos sus submúltiplos.

Una nota fundamental despojada de todos sus armónicos es difícil de obtener, lo cual no es de lamentar, ya que es un sonido de lo más desinteresado.

Para conseguir un tono rico debemos conservar tantos armónicos útiles como sea posible, y por eso el martillo de un piano está colocado de tal manera que golpea la cuerda en un punto que no interfiere con los mejores armónicos, pero elimina aquellos que resultan objetables.

Los fabricantes de pianos han descubierto mediante la experiencia que el tono más agradable se produce cuando el punto contra el cual golpea el martillo se encuentra entre un séptimo y un noveno de la longitud del alambre desde uno de sus extremos.

La naturaleza del material que efectúa el golpe real también es de importancia. Cuanto más dura es la sustancia y más agudo el golpe, más prominentes se vuelven los armónicos; de modo que el trabajador debe regular cuidadosamente tanto la duración del golpe como la dureza del forro del martillo.

# Capítulo XV.

# INSTRUMENTOS DE VIENTO.

Vibración longitudinal—Columnas de aire—Resonancia de columnas de aire—Longitud y tono—El tubo abierto—Los armónicos de un tubo abierto—Dónde se utilizan los armónicos—La disposición de los tubos y los pedales—Cajas de expresión separadas—Variedades de registros—Afinación de tubos y lengüetas—El fuelle—Acciones eléctricas y neumáticas—El órgano más grande del mundo—Lengüetas humanas.

VIBRACIÓN LONGITUDINAL.

En los instrumentos de cuerda nos ocupamos únicamente de las vibraciones transversales de una cuerda, es decir, de sus movimientos en una dirección perpendicular al eje de la cuerda.

Una cuerda también puede vibrar longitudinalmente —es decir, en la dirección de su eje—, como puede demostrarse pasando un trozo de cuero con rocinante a lo largo de la cuerda de un violín. En este caso, los armónicos «ascienden» al mismo ritmo que cuando los movimientos eran transversales.

Sustituyamos el alambre por una barra metálica gruesa fijada por un solo extremo.

Las vibraciones longitudinales de esta barra contienen armónicos de una proporción diferente. El primer armónico no es una octava, sino una doceava. Mientras que una cuerda tensa se divide mediante nodos en dos, tres, cuatro, cinco, seis, etc., partes, una barra fijada por un solo extremo es capaz de producir únicamente aquellos armónicos que corresponden a la división en tres, cinco, siete, nueve, etc., partes. Por lo tanto, una barra de extremo libre y un alambre de la misma nota fundamental no tendrían el mismo timbre o cualidad, debido a la diferencia en los armónicos.

COLUMNAS DE AIRE.

En los instrumentos de viento empleamos, en lugar de varillas o alambres, columnas de aire como medio vibratorio. La nota de la columna depende de su longitud.

En el «pito de hojalata», la flauta, el clarinete y el flautín, la longitud de la columna se altera cerrando o abriendo aberturas en el cuerpo que rodea la columna.

RESONANCIA DE COLUMNAS DE AIRE.

¿Por qué un tubo cerrado por un extremo, como el cañón de una llave, emite una nota cuando soplamos a través del extremo abierto?

El acto de soplar impulsa una delgada lámina de aire contra el borde del tubo y hace que vibre. Las vibraciones son confusas; algunos «pulsos» ocurren con más frecuencia que otros.

Si sopláramos contra el filo de un cuchillo o un trozo de madera, no oiríamos más que un siseo. Pero cuando, como en el caso que estamos considerando, hay una columna de aire parcialmente encerrada cerca de los pulsos, esta selecciona aquellos pulsos que corresponden a su período natural de vibración y los amplifica hasta convertirlos en un sonido musical sostenido y muy audible.

En la Fig. 136, 1 es un tubo, cerrado por el fondo y abierto por la parte superior. Se hace sonar un diapasón de la misma nota que el tubo y se sostiene sobre este de modo que las puntas vibren hacia arriba y hacia abajo.

Al comienzo de un movimiento hacia afuera de las puntas, el aire frente a ellas se comprime. Este impulso, transmitido al aire del tubo, baja por la columna, choca contra el fondo y regresa.

Justo cuando llega arriba, la punta comienza a moverse hacia adentro, causando una rarefacción del aire detrás de ella. Este efecto también viaja hacia abajo y vuelve a subir por la columna de aire del tubo, llegando a la punta justo cuando esta alcanza el punto más alejado del movimiento hacia adentro.

El proceso se repite, y la columna de aire del tubo, al golpear la atmósfera circundante a intervalos regulares, aumenta considerablemente el volumen del sonido.

Debemos observar que si el diapasón fuera de una nota demasiado alta o demasiado baja para que la columna de aire se mueva en perfecta simpatía con él, este aumento del sonido no se produciría.

Ahora bien, cuandooplamos a través del extremo, presentamos, por decirlo así, una serie de diapasones vibrantes al tubo, el cual selecciona aquellos pulsos de aire con los que simpatiza.

LONGITUD Y TONO.

Se descubre que la frecuencia de vibración es inversamente proporcional a la longitud del tubo. Así, las vibraciones de un tubo de dos pies son dos veces más rápidas que las de uno de cuatro, y la nota emitida por el primero es una octava más alta que la del segundo. Un tubo de un pie da una nota una octava más alta todavía.

Hablamos aquí de los tonos fundamentales de los tubos. A ellos, al igual que en el caso de las cuerdas, se asocian los armónicos, o sobretonos, que pueden hacerse destacar aumentando la presión de la corriente de aire en el extremo superior del tubo.

Sople con mucha fuerza en su llave, y la nota cambiará repentinamente a una mucho más aguda. Es el duodécimo intervalo de la fundamental, a la que ha desplazado por completo.

Debemos ahora ponernos a pensar e intentar comprender cómo sucede esto.

Primero, observemos que la vibración de un cuerpo (en este caso una columna de aire) significa un movimiento de un punto de reposo a un punto de reposo, o de nodo a nodo.

En la columna de aire de la Fig. 136, 1, solo hay un punto de reposo para un impulso, a saber, en la base del tubo. De modo que para pasar de nodo a nodo el impulso debe subir por el tubo y volver a bajar.

La distancia de nodo a nodo en un cuerpo vibrante se denomina segmento ventral. Recuerde este término. Por lo tanto, el tubo representa un semisegmento ventral cuando suena la nota fundamental.

Cuando se hace sonar el primer armónico, la columna se divide en dos partes vibrantes. ¿Dónde estará el nodo entre ellas? Podríamos decir de forma natural: «A mitad de camino». Pero esto no puede ser así; pues si el nodo estuviera situado de tal manera, un impulso que descendiera por el tubo solo tendría que viajar hasta el fondo para encontrar otro nodo, mientras que un impulso que ascendiera tendría que viajar hasta la parte superior y volver a bajar —es decir, recorrer el doble de distancia—.

Así pues, el nodo se forma a un tercio de la distancia desde la parte superior del tubo. Desde B hasta A (Fig. 136, 2) y de vuelta es ahora igual que desde B hasta C.

Cuando se hace sonar el segundo armónico (Fig. 136, 3), se forma un tercer nodo. El tubo queda dividido ahora en cinco segmentos semiventrales. Y con cada armónico sucesivo se añade otro nodo y un segmento ventral.

La ley de vibración de una columna de aire establece que el número de vibraciones es directamente proporcional al número de segmentos semiventrales en los que se divide la columna de aire dentro del tubo.²⁹

Si el tono fundamental produce 100 vibraciones por segundo, el primer armónico en un tubo cerrado debe producir 300, y el segundo 500 vibraciones.

EL TUBO ABIERTO.

Un tubo abierto por ambos extremos es capaz de emitir una nota. Pero descubriremos, si experimentamos, que la nota de un tubo cerrado es una octava más baja que la de un tubo abierto de igual longitud. Esto se explica en la Fig. 137, 1.

La columna de aire del tubo (de la misma longitud que la de la Fig. 136) se divide, al soplar por un extremo, en dos porciones iguales en el nodo B, el punto natural para obtener el equilibrio. Un pulso irá desde A o A¹ hasta B y de regreso en la mitad del tiempo requerido para ir desde A hasta B y de regreso en la Fig. 136, 1; por lo tanto, la nota es una octava más alta.

LOS ARMÓNICOS DE UN TUBO ABIERTO.

El primer armónico superior se produce cuando se forman nodos como en la Fig. 137, 2, en puntos situados a un cuarto de la longitud del tubo desde los extremos, lo que da un segmento ventral completo y dos segmentos semiventrales. Las vibraciones son ahora dos veces más rápidas que antes.

El segundo armónico superior requiere tres nodos, como en la Fig. 137, 3. La frecuencia se ha triplicado ahora.

De modo que, mientras los armónicos superiores de un tubo cerrado aumentan en la relación 1, 3, 5, 7, etc., los de un tubo abierto lo hacen en la proporción 1, 2, 3, 4, etc.

DÓNDE SE EMPLEAN LOS ARMÓNICOS.

En la flauta, el flautín y el clarinete, así como en la familia de instrumentos de trompa, los armónicos son tan importantes como las notas fundamentales.

Alterando artificialmente la longitud de la columna de aire, las notas fundamentales también se modifican, mientras que los armónicos de cada fundamental se producen a voluntad variando la presión del soplo; de modo que es posible obtener una escala cromática o semitonal continua en toda la tesitura del instrumento.

EL ÓRGANO.

De la teoría de la acústica³⁰ pasamos a la aplicación práctica, y concentramos nuestra atención en el más grandioso de todos los instrumentos de viento: el órgano de tubos. Este mecanismo tiene un tubo separado para cada nota, debidamente proporcionado.

Una sección de un tubo de madera ordinario se muestra en la Fig. 138. El viento asciende a través del pie del tubo hacia una pequeña cámara, cerrada por un bloque de madera o una placa, excepto por una ranura estrecha que lo dirige contra el labio afilado A, y provoca un aleteo, cuyo pulso adecuado es convertido por la columna de aire superior en un sonido musical.

Aun en los órganos más pequeños, más de un tubo es accionado por una sola tecla del teclado, pues no solo los tubos de diferentes formas producen distintas cualidades de tono, sino que se considera conveniente contar con hileras de tubos cuya nota más baja tenga diferentes alturas.

La longitud de un tubo abierto se mide desde el borde del labio hasta la parte superior del tubo; la de un tubo tapado, desde el labio hasta la parte superior y de regreso.

Cuando hablamos de una hilera, o registro, de 16 u 8 pies, nos referimos a aquel cuya nota más baja en la hilera es la producida por un tubo abierto de 16 u 8 pies, o sus equivalentes tapados (de 8 o 4 pies).

En un órgano grande encontramos registros de 32, 16, 8, 4 y 2 pies, y algunos de estos se repiten varias veces en tubos de diferente forma y construcción.

LA DISPOSICIÓN DE LAS TUBERÍAS.

Ahora estudiaremos brevemente el mecanismo de un órgano de un solo teclado muy simple, con cinco juegos de tubos, o registros.

Es necesario disponer las cosas de modo que al presionar una sola tecla puedan sonar los cinco tubos pertenecientes a ella, o solo cuatro, tres, dos o uno, según lo deseemos.

Los tubos se montan en filas sobre una caja de válvulas, la cual está construida en varias capas.

En la parte superior se encuentra el somier; debajo de este vienen los registros, uno para cada juego; y por debajo de aquello, la tabla.

En la Fig. 139 vemos una parte de la tabla desde abajo. A lo largo de la parte inferior se fijan barras paralelas con espacios (mostrados en negro) dejados entre ellas. Otras dos barras se fijan a través de los extremos, de modo que cada canal queda encerrado por madera en la parte superior y en todos sus lados. La parte inferior de la tabla tiene láminas de cuero pegadas o unidas de otro modo de tal manera que no pueda escaparse aire de un canal al siguiente.

El tablero superior, los correderas y la mesa están perforados con hileras de agujeros para permitir el paso del viento desde las canales hasta los tubos.

• Las canales bajo los tubos grandes son más anchas que las que están bajo los tubos pequeños, ya que deben dejar pasar más aire.
• Las barras entre las canales también varían en anchura según el peso de los tubos que tienen que soportar.

Los tiradores se pueden mover hacia adentro y hacia afuera una corta distancia en la dirección del eje de las hileras de tubos. Hay un tirador debajo de cada hilera.

Cuando un tirador está metido, los agujeros en este no coinciden con los de la tabla y el sombrerete, de modo que ningún viento puede pasar desde los canales hasta el registro situado sobre ese tirador en particular.

La fig. 140 muestra la manera en que los tiradores son accionados por los pequeños pomos (también llamados registros) que sobresalen de la caja del órgano, al alcance de las manos del intérprete. Un registro está metido, el otro sacado.

En la Fig. 141 vemos la mesa, etc., en sección transversal, con una corredera extraída, poniendo los tubos de su hilera en comunicación con las canales. El mismo diagrama nos muestra en sección las pequeñas válvulas triangulares que admiten aire del secreto a las canales; y la Fig. 142 nos ofrece una sección transversal de la mesa, las correderas y el secreto, junto con las varillas, etc., que conectan la tecla con su válvula.

Cuando se presiona la tecla, el pilotillo (una varilla de madera delgada) es empujado hacia arriba. Esto hace bascular un balancín, o palanca pivotante, al que está unido el alambre de tracción, un alambre que atraviesa el fondo del secreto hasta la válvula. Tan pronto como la válvula se abre, el viento entra a raudales en la canal superior a través de la abertura en el fondo de cuero, y de ahí a cualquiera de los tubos cuya corredera haya sido extraída. (Las correderas en la Fig. 142 aparecen de color negro sólido.)

Es evidente que si el somier tiene la profundidad suficiente de atrás hacia adelante, se puede colocar sobre él cualquier número de hileras de tubos.

PEDALES.

Los pedales del órgano están conectados a las válvulas mediante una acción similar a la de las teclas.

Los registros de pedal son generalmente de tono grave, de 32 y 16 pies, ya que tienen que sostener la parte del bajo de las armonías musicales.

Mediante acopladores, uno o más registros de los teclados pueden enlazarse a los pedales.

TABLAS ARMÓNICAS SEPARADAS.

El teclado de un órgano muy grande tiene hasta cinco manuales, o filas de teclas. Cada manual opera lo que es prácticamente un órgano independiente montado en su propio secreto.

Los manuales están dispuestos en escalones, sobresaliendo cada uno ligeramente del inferior. Tomados en orden desde arriba, son:—(1.) Órgano de eco, de registros de escala pequeña y tono muy suave, encerrado en una «caja de expresión». (2.) Órgano de solo, de registros que imitan instrumentos orquestales. El maravilloso registro de «vox humana» también pertenece a este manual. (3.) Órgano de expresión, contenido en una caja de expresión, cuya parte frontal y laterales tienen persianas que pueden abrirse y cerrarse mediante la presión del pie sobre un pedal, para así regular la cantidad de sonido procedente de los tubos del interior. (4.) Órgano principal, que incluye tubos de potente tono. (5.) Órgano de coro, de registros suaves y melosos, a menudo encerrados en una caja de expresión. Podemos añadir a estos el órgano de pedal, que puede acoplarse a cualquier manual excepto al de eco.

VARIEDADES DE DETENCIONES.

Ya hemos señalado que la calidad de un registro depende de la forma y construcción del tubo.

• Algunos tubos son de madera, otros de metal.
• Algunos son rectangulares, otros circulares.
• Algunos tienen lados paralelos, otros se estrechan o ensanchan hacia la parte superior.
• Algunos están abiertos, otros tapados.

Las dos clases principales en que se pueden dividir los tubos de órgano son:—(1.) Tubos de labio, en los que el viento es dirigido contra un bisel, como en la Fig. 138. (2.) Tubos de lengüeta, es decir, tubos utilizados en combinación con un dispositivo sencillo para admitir aire en la base del tubo en una serie de pulsaciones. La Fig. 144 muestra una lengüeta batiente, como la que se encuentra en la bocina de un automóvil común. La lengüeta metálica elástica, cuando está en reposo, se encuentra a muy corta distancia del orificio de la lengüeta. Cuando se sopla viento a través de la lengüeta, esta es succionada contra la ranura, bloquea la corriente y vuelve a saltar. Una lengüeta libre tiene una lengüeta que vibra en una ranura sin llegar a tocar los lados. Las lengüetas de los armonio y los concertinas son de este tipo. En el órgano, la lengüeta admite aire hacia un tubo de la longitud correcta para resonar en consonancia con la frecuencia de las ráfagas de aire que la lengüeta deja pasar. Los tubos de lengüeta se ensanchan hacia la parte superior.

AFINACIÓN DE TUBOS Y LENGÜETAS.

Los tubos se afinan ajustando su longitud. El tapón de la parte superior de un tubo tapado se extrae o se empuja un poco para bemolizar o sostenizar la nota, respectivamente.

Un tubo abierto, si es grande, tiene una lengüeta cortada en el lateral, en la parte superior, que puede presionarse hacia adentro o hacia afuera con el fin de corregir el tono.

Los tubos metálicos pequeños se bemolizan contrayendo la parte superior hacia adentro con un cono de metal —similar a un apagavelas— colocado sobre la parte superior y golpeado suavemente; y se sostenizan ensanchando la parte superior con un cono introducido con la punta hacia abajo.

Las lengüetas de tipo percutor (véase la Fig. 144) tienen un alambre de afinación que presiona la lengüeta cerca del extremo fijo. El extremo de este alambre sobresale a través de la caja. Al moverlo, se ajusta la longitud de la parte vibrante de la lengüeta hasta que sea correcta.

FUELLE.

Diferentes registros requieren distintas presiones de aire, que van desde $1/10$ de libra hasta $1$ libra por pulgada cuadrada, siendo las lengüetas las que soportan las presiones más altas.

Debe haber, por lo tanto, tantos juegos de fuelles y compuertas de viento como presiones diferentes se requieran. Un órgano muy grande consume cantidades inmensas de aire cuando todos los registros están abiertos, y el bombeo debe realizarse mediante un potente motor de gas, de agua o eléctrico.

Cada fuelle tiene un depósito (véase la Fig. 143) encima. La parte superior de este está lastrada para proporcionar la presión requerida. Una válvula en la parte superior se abre automáticamente tan pronto como el depósito se ha expandido hasta un límite fijo determinado, de modo que no hay posibilidad de reventar los laterales de cuero.

ACCIONES ELÉCTRICAS Y NEUMÁTICAS.

Hemos mencionado en relación con la señalización ferroviaria que a veces el señalero se ve aliviado del duro trabajo manual de mover las señales y los desvíos mediante el empleo de auxiliares eléctricos y neumáticos. Lo mismo ocurre con los órganos y los organistas.

El tacto de las teclas se ha aligerado considerablemente al hacer que las teclas abran válvulas de aire o circuitos eléctricos completos que accionan el mecanismo para abrir los tirantes (pallets). Los registros, pedales y acopladores también emplean «potencia».

No solo se le ahorra a los músculos del intérprete una gran cantidad de trabajo pesado cuando el aire comprimido y la electricidad lo auxilian, sino que puede tener la consola, o teclado, muy alejada de los tubos.

«Desde la consola, el músico, sentado con los cantantes o en cualquier parte conveniente del coro o presbiterio, podría dominar el funcionamiento de todo el órgano más grande situado a lo lejos en el extremo occidental de la nave; podría accionar cada registro con la total confianza de que los correderos y el secreto cumplen con su cometido; ... y —lo más maravilloso de todo— el músico, utilizando el pedal de expresión de su manera habitual, obtendría un crescendo y un diminuendo con un efecto más perfecto que por el método antiguo».³¹

En las catedrales no es raro que los distintos cuerpos de tubos estén colocados en posiciones muy alejadas entre sí, de modo que para los no iniciados puede parecer que hay varios órganos independientes diseminados por el lugar. Sin embargo, todos están absolutamente bajo el control de un hombre que se halla sentado lejos de todos ellos, pero conectado con los mismos mediante una serie de tubos o cables.

El órgano más grande del mundo es el del ayuntamiento de Sídney. Tiene ciento veintiséis registros sonoros, cinco teclados manuales, catorce acopladores y cuarenta y seis botones de combinación.

Los tubos, que suman unos 8.000, van desde el enorme contratorsal de 64 pies hasta algunos de apenas una fracción de pulgada de longitud. El órgano ocupa un espacio de 85 pies de largo por 26 de profundidad.

CAÑAS HUMANAS.

La más maravillosa de todas las cañas musicales se halla en la garganta humana, en la parte anatómica llamada laringe, situada en la parte superior de la tráquea.

Coloque un trozo de tubo de goma en el extremo de un tubo, permitiendo que sobresalga una pulgada más o menos.

Tome la parte libre del tubo por dos puntos opuestos entre los índices y los pulgares y estírela hasta que los bordes queden bien tensos. Ahora sople a través de él.

• El viento, al abrirse paso a la fuerza entre los dos bordes de goma, hace que estos y el aire del interior del tubo vibren, produciendo una nota musical.
• Cuanto más tense la goma, más aguda será la nota.

La laringe funciona según este principio. La tráquea ocupa el lugar del tubo de vidrio; las dos cuerdas vocales representan los bordes de goma, y los músculos aritenoides hacen las veces de las manos.

Al contraerse, estos músculos aproximan los bordes de las cuerdas entre sí, las tensan y las acortan.

Se ha calculado que una persona dotada de un «muy buen oído» puede ajustar la longitud de las cuerdas vocales hasta en 1/17000 de pulgada.

Simultaneously with the adjustment of the cords is effected the adjustment of the length of the windpipe, so that the column of air in it may be of the right length to vibrate in unison.

Here again is seen a wonderful provision of nature.

La resonancia de la cavidad bucal también es de gran importancia. Al alterar la forma de la boca, los diversos armónicos de cualquier nota fundamental producida por la laringe se vuelven prominentes, y así obtenemos los diferentes sonidos vocales. Helmholtz ha demostrado que el tono fundamental de cualquier nota está representado por el sonido oo.

Si la boca se ajusta para resaltar la octava de la fundamental, resulta la o. La a se produce acentuando el segundo armónico, el duodécimo; la ee mediante el desarrollo del segundo y cuarto armónicos; mientras que para la ah deben destacar el quinto y el séptimo.

Cuando silbamos transformamos los labios en una lengüeta y la boca en un tubo. La tensión de los labios y la forma de la cavidad bucal deciden la nota. Los labios también se utilizan como lengüeta para tocar la flauta, el flautín y todos los instrumentos de viento de metal del tipo de la corneta.

Al tocar la bocina de posta, los diversos armónicos de la nota fundamental se obtienen alterando la tensión de los labios y la presión del aire.

Una corneta es prácticamente una bocina de posta enrollada en una forma conveniente y provista de tres llaves, cuya pulsación conecta longitudes adicionales de tubo con el tubo principal; de hecho, lo hace más largo.

• Una llave baja la nota fundamental de la corneta medio tono;
• la segunda, un tono entero;
• la tercera, un tono y medio.

Si se presionan la primera y la tercera juntas, la nota baja dos tonos; si la segunda y la tercera, dos tonos y medio; y la pulsación simultánea de las tres produce una caída de tres tonos. El intérprete tiene así a su disposición siete notas fundamentales posibles, y varios armónicos de cada una de ellas; de modo que, mediante una manipulación adecuada de las llaves, puede recorrer la escala cromática.

Debemos añadir que el tubo del cornetín es un tubo "abierto". También lo es el de la flauta. El clarinete es un tubo "cerrado".

# Capítulo XVI.

# MÁQUINAS PARLANTES.

El fonógrafo — El grabador — El reproductor — El gramófono — La fabricación de discos — Discos de cilindro — Discos de gramófono.

En el Museo de la Oficina de Patentes de South Kensington se encuentra una pequeña y curiosa pieza de maquinaria: un cilindro metálico montado sobre un largo eje que tiene en un extremo una rosca tallada. El extremo roscado gira en un casquillo con una rosca de igual paso tallada en él. Al otro extremo se acopla una manivela.

En un soporte vertical cerca del cilindro hay montado una especie de tambor. La membrana del tambor lleva una aguja que, cuando la membrana es agitada por las ondas de aire generadas por la voz humana, se incrusta en una hoja de papel de estaño envuelta alrededor del cilindro, presionándola contra una ranura helicoidal torneada en el cilindro de un extremo a otro.

Esta construcción es el primer fonógrafo jamás fabricado. Thomas Edison, el «mago de Occidente», lo ideó en 1876; y de este rudo progenitor descienden las hermosas máquinas que graban y reproducen la voz humana y los sonidos musicales con una precisión sorprendente.

No pretendemos trazar aquí el desarrollo de la máquina parlante; tampoco será necesario describir en detalle su mecanismo, que probablemente sea bien conocido por la mayoría de los lectores, o pueda dominarse en muy poco tiempo mediante un examen personal.

Nos contentaremos con decir que el cilindro de cera del fonógrafo, o el disco de ebonita del gramófono, suele ser hecho girar por un mecanismo de relojería oculto en el cuerpo de la máquina. La velocidad de rotación debe regularse con mucho cuidado para que el disco gire bajo la púa reproductora a una velocidad uniforme.

El principio del regulador comúnmente utilizado aparece en la Fig. 146. El último piñón del tren de relojería está montado en un eje que sostiene dos placas triangulares, A y C, a las que se fijan tres trozos cortos de resorte de acero plano con una bola pesada unida al centro de cada uno.

• A está fijo;
• C se mueve hacia arriba por el eje a medida que las bolas se desplazan hacia afuera, y arrastra consigo el disco D, que frota contra la almohadilla P (en el extremo de un resorte) y genera la fricción suficiente para desacelerar el mecanismo de relojería.

La velocidad límite se regula mediante el tornillo S.

EL FONÓGRAFO.

Aunque el aparato de grabación y reproducción de un fonógrafo ofrece resultados sumamente maravillosos, su construcción es bastante sencilla.

Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que se ha dedicado una inmensa cantidad de experimentación a descubrir los materiales y las formas más adecuados para las piezas.

El recorder (Fig. 147) es una pequeña caja circular de aproximadamente una pulgada y media de diámetro.³²

Desde la parte superior, un tubo conduce hacia la bocina. El fondo es una placa circular, C C, articulada en un lado. Esta placa sostiene un disco de vidrio, D, de aproximadamente 1/150 de pulgada de grosor, al cual está unido el estilete de corte: una diminuta varilla de zafiro con un extremo en forma de copa y bordes muy afilados.

Las ondas sonoras entran en la caja a través del tubo de la bocina; pero en lugar de permitírseles llenar toda la caja, son concentradas por la boquilla móvil N hacia el centro del disco de vidrio a través del orificio en C C. Notará que N tiene un extremo esférico y C C un receptáculo que encaja exactamente en N, de modo que, aunque C C y N se mueven hacia arriba y hacia abajo con gran rapidez, siguen manteniendo un contacto perfecto.

El disco vibra debido a los impulsos sonoros ehace penetrar la punta de corte en la superficie del cilindro de cera, que gira debajo de ella impulsado por un mecanismo de relojería. El único peso muerto que presiona sobre S es el de N, C C y el diafragma de vidrio.

A medida que el cilindro gira, el dispositivo de grabación se desplaza de manera continua gracias a un tornillo guía con cien o más roscas por pulgada talladas en él, de modo que traza un surco helicoidal continuo desde un extremo del cilindro de cera hasta el otro.

Este surco es en realidad una serie de muescas muy diminutas, que no superan 1/1000 de pulgada de profundidad.³³

Vista bajo un microscopio, la superficie del registro es una sucesión de colinas y valles, algunos mucho más grandes que otros (Fig. 151, a). Un sonido fuerte hace que la púa dé una estocada enérgica, mientras que los sonidos bajos apenas la mueven.

Lo maravilloso de esta grabación de sonido es que no solo se imprimen los tonos fundamentales de las notas musicales, sino también los armónicos, que nos permiten decidir de inmediato si la grabación corresponde a la interpretación de un cornetín, un violín o un banjo. Además, si varios instrumentos están tocando simultáneamente cerca de la bocina del grabador, la púa capta todos los diferentes matices tonales de cada nota de un acorde. Hay, por decirlo así, colinas y valles menores tallados en las laderas de las colinas y valles principales.

El reproductor (Fig. 149) es algo más complicado que el grabador. Como antes, tenemos una caja circular que se comunica con la bocina del instrumento. Un disco de vidrio delgado forma el fondo de la caja. Se mantiene en su posición entre anillos de goma, R R, mediante un collar de rosca, C.

Al centro se fija un pequeño ojal, del cual cuelga una biela, L. Articulado en P desde un borde de la caja se encuentra un peso flotante, que tiene una abertura circular inmediatamente debajo del ojal. La biela pasa a través de esta hacia el extremo izquierdo de una pequeña palanca, que oscila sobre un pivote que sobresale del peso. Al extremo derecho de la palanca se fija una barra de zafiro, o púa, con un extremo esférico de un diámetro igual al de la punta de corte del grabador.

El peso flotante presiona la púa contra el registro, y también mantiene la biela entre la palanca oscilante del diafragma de vidrio en un estado de tensión. Cada golpe dado a la púa es transmitido, por lo tanto, a través de la biela al diafragma, el cual vibra y envía un impulso de aire hacia la bocina. Como los impulsos se dan a la misma velocidad que aquellos que agitaron el diafragma del grabador, los sonidos que representan se reproducen con precisión, incluso hasta los armónicos de una nota musical.

EL GRAMÓFONO.

Esto cumple el mismo propósito que el fonógrafo, pero de un modo algo diferente. El grabador del fonógrafo cava verticalmente hacia abajo en la superficie del disco, mientras que la púa del gramófono se mueve de un lado a otro y describe un recorrido sinuoso (Fig. 151b). Para las máquinas parlantes no hay diferencia en que la púa reproductora sea movida lateralmente o verticalmente por el disco, siempre que este le imprima movimiento al diafragma.

En la Fig. 151c se muestra en sección la construcción del reproductor de gramófono.

• A es la tapa que se enrosca en la parte inferior B y confina el diafragma D entre ella misma y un anillo de goma.
• La porción B se alarga en forma tubular para su conexión con la bocina, cuyo brazo se desliza sobre el tubo y presiona contra el anillo de goma C para lograr una junta hermética al aire.
• El portapuntas N está sujeto en su extremo superior al centro del diafragma.
• En un punto indicado por el punto blanco, un pasador lo atraviesa junto con la tapa.
• El extremo inferior es tubular para alojar las puntas de acero, las cuales deben reemplazarse después de pasar una sola vez por un disco.
• Un tornillo S, que funciona en un casquillo que sobresale del portapuntas, sujeta la punta firmemente.

El disco se mueve horizontalmente bajo la punta en un plano perpendicular a la página. Al ser el surco en zigzag, la aguja vibra de derecha a izquierda y, al girar el portapuntas una pequeña fracción de pulgada sobre el pivote, hace vibrar el diafragma de vidrio y envía ondas de aire hacia la bocina.

El gramófono es exclusivamente un instrumento de reproducción. Los discos se fabrican en una máquina especial, provista de un dispositivo que hace que la punta grabadora describa una trayectoria en espiral desde la circunferencia hasta el centro del disco.

• Algunos discos de gramófono tienen hasta 250 vueltas por pulgada.
• La longitud total del surco en un disco de "concierto" de diez pulgadas es de aproximadamente 1000 pies.

LA ELABORACIÓN DE LOS DISCOS.

Para fines comerciales no saldría a cuenta grabar cada disco por separado en una máquina de grabación. El gasto de contratar a buenos cantantes y strumentistas hace que tal método sea impracticable. Todos los discos que compramos se hacen a partir de moldes, cuya preparación describiremos brevemente a continuación.

CILINDROS O DISCOS DE FONÓGRAFO.

First of all, a wax record is made in the ordinary way on a recording machine.

After being tested and approved, it is hung vertically and centrally from a rotating table pivoted on a vertical metal spike passing up through the record. On one side of the table is a piece of iron. On each side of the record, and a small distance away, rises a brass rod enclosed in a glass tube. The top of the rods are hooked, so that pieces of gold leaf may be suspended from them.

A bell-glass is now placed over the record, table, and rods, and the air is sucked out by a pump. As soon as a good vacuum has been obtained, the current from the secondary circuit of an induction coil is sent into the rods supporting the gold leaves, which are volatilized by the current jumping from one to the other.

A magnet, whirled outside the bell-glass, draws round the iron armature on the pivoted table, and consequently revolves the record, on the surface of which a very thin coating of gold is deposited.

The record is next placed in an electroplating bath until a copper shell one-sixteenth of an inch thick has formed all over the outside. This is trued up on a lathe and encased in a brass tube. The "master," or original wax record, is removed by cooling it till it contracts sufficiently to fall out of the copper mould, on the inside surface of which are reproduced, in relief, the indentations of the wax "master."

Se hacen copias a partir del molde sumergiéndolo en un tanque de cera derretida.

El metal frío enfría la cera que lo toca, de modo que el molde pronto adquiere un grueso forro ceroso.

El molde y la copia se retiran del tanque y se montan en un torno, que da forma y alisa el interior del disco.

El disco se afloja del molde mediante enfriamiento.

Tras una inspección para detectar defectos, si se encuentra satisfactorio, se envuelve en algodón en rama y se añade al inventario listo para la venta.

Los discos madre para gramófono se hacen sobre un disco circular de zinc, recubierto con una película muy fina de grasa resistente al ácido.

Cuando el disco gira en la máquina de grabación, la púa afilada corta la grasa y deja al descubierto el zinc que hay debajo.

Al sumergirlo en un baño de ácido crómico, las superficies desnudas son atacadas, mientras que las partes no expuestas permanecen inalteradas.

Cuando se considera que el grabado haterminado, la placa se limpia y se prueba cuidadosamente.

A partir de ella se obtiene una copia de cobre negativa mediante galvanoplastia. Esto constituye el molde.

A partir de este se pueden fabricar hasta 1.000 copias en placas de ebonita mediante presión y calor combinados.

# Capítulo XVII.

# POR QUÉ SOPLA EL VIENTO.

Por qué sopla el viento—Brisas terrestres y marinas—Aire ligero y humedad—El barómetro—El barómetro de columna—El barómetro de esfera—Un barómetro muy sencillo—El barómetro aneroide—Barómetros y tiempo—La campana de buceo—El traje de buzo—Bombas de aire—Neumáticos—La pistola de aire comprimido—El tope de puerta de cierre automático—La acción del viento sobre superficies oblicuas—El globo aerostático—La máquina voladora.

Cuando la pelota de goma de un niño se desinfla por una ligera fuga de aire y pierde parte de su bote, es una práctica común ponerla unos minutos frente al fuego hasta que vuelve a estar tensa temporalmente.

¿Por qué el calor produce este efecto en la pelota? No se ha introducido más aire a presión en ella. Tras leer detenidamente el capítulo sobre la máquina de vapor, el lector sabrá dar la respuesta.

«Porque las moléculas de aire se agitan con más fuerza entre sí cuando el aire se calienta y, al golpear el interior de la pelota con mayor intensidad, la ponen en un estado de mayor tensión».

Si calentamos un frasco abierto no se desarrolla ninguna presión, ya que el aire simplemente se expande y sale por el cuello. Pero el aire que permanece en el frasco, al ser menor en cantidad que antes de ser calentado, pesa menos, aunque ocupa el mismo espacio que antes.

Si tomáramos una vejiga muy delgada y la llenáramos con aire caliente, por lo tanto, flotaría en un aire más frío, lo que demuestra que el aire calentado, como cabría esperar, tiende a subir.

El globo aerostático emplea este principio; el aire del interior de la bolsa se mantiene caliente artificialmente mediante un fuego que arde en algún recipiente fijado debajo del cuello abierto de la bolsa.

Ahora bien, el sol brilla con diferentes grados de poder calorífico en distintas partes del mundo. Allí donde su efecto es mayor, el aire es más caliente.

Supondremos, para facilitar la argumentación, que, en un momento determinado, la capa de aire que rodea todo el globo tiene la misma temperatura. De repente, el sol brilla y calienta el aire en un punto, A, hasta que está muchos grados más caliente que el aire circundante. El aire caliente se expande, asciende y se extiende por encima del aire frío.

Pero, como una profundidad dada de aire caliente tiene menos peso que una profundidad igual de aire frío, el aire frío comienza a precipitarse inmediatamente hacia B y desplaza al resto del aire caliente.

Podemos imaginar, por tanto, que la atmósfera está compuesta por una serie de corrientes más frías que pasan por la superficie de la tierra para reemplazar a las corrientes cálidas que ascienden y se extienden sobre la superficie superior del aire frío. Una circulación similar tiene lugar en un recipiente de agua caliente (véase la pág. 17).

BRISAS DE TIERRA Y MAR.

Una brisa que sopla del mar hacia la tierra durante el día a menudo invierte su dirección por la noche. ¿Por qué ocurre esto?

La tierra se calienta o se enfría más rápidamente que el mar. Cuando el sol brilla con fuerza, la tierra se calienta rápido y calienta el aire que está sobre ella, el cual se vuelve ligero y es desplazado por el aire más fresco que está sobre el mar.

Cuando el sol se pone, la tierra y el aire sobre ella pierden su calidez rápidamente, mientras que el mar permanece prácticamente a la misma temperatura que antes. Así, el equilibrio cambia, y el aire más pesado se encuentra ahora sobre la tierra. Por lo tanto, fluye hacia el mar y desplaza al aire más cálido que hay allí.

LUZ, AIRE Y HUMEDAD.

El aire cálido y ligero absorbe la humedad. Al enfriarse, la humedad que contiene se condensa.

Sopla sobre un plato y notarás que se forma una película acuosa en él de inmediato. La superficie fría condensa el agua suspendida en el aliento cálido.

Si deseas secar una habitación húmeda, la calientas. La humedad pasa entonces de las paredes y los objetos de la habitación a la atmósfera.

EL BARÓMETRO.

Esta propiedad del aire es la responsable de los cambios en el clima. El aire ligero y cargado de humedad se encuentra con el aire frío y seco, y el repentino enfriamiento lo obliga a liberar su humedad, la cual cae en forma de lluvia o flota en forma de nubes.

Si tan solo fuéramos capaces de detectar la presencia de estratos de aire cálido sobre nosotros, estaríamos en condiciones de predecir el tiempo.

Podemos juzgar la gravedad específica del aire en nuestra vecindad por medio del barómetro, que significa "medidor de peso". La presión atmosférica normal al nivel del mar sobre nuestros cuerpos o cualquier otro objeto es de aproximadamente 15 libras por pulgada cuadrada; es decir, si se pudiera encerrar y pesar una columna de aire de una pulgada cuadrada de sección y de la altura de la envoltura atmosférica del mundo, la báscula registraría 15 libras.

Hace muchos años (1643) Torricelli, alumno de Galileo, calculó por primera vez la presión mediante un experimento muy sencillo. Tomó un tubo de vidrio largo sellado por un extremo, lo llenó de mercurio y, cerrando el extremo abierto con el pulgar, invirtió el tubo y sumergió el extremo abierto por debajo de la superficie de un depósito de mercurio. Al retirar el pulgar, descubrió que el mercurio descendía en el tubo hasta que la superficie del mismo quedaba a unas 30 pulgadas en dirección vertical por encima de la superficie del mercurio en el depósito.

Ahora bien, como el extremo superior estaba sellado, debía haber un vacío por encima del mercurio. ¿Qué sostenía la columna? La atmósfera. Así pues, era evidente que la presión descendente del mercurio contrarrestaba exactamente la presión ascendente del aire. Como una columna de mercurio de 30 pulgadas de altura y 1 pulgada cuadrada pesa 15 libras, la presión del aire sobre una pulgada cuadrada es, obviamente, la misma.

EL BARÓMETRO DE COLUMNA DE FORTIN es un tubo torricelliano simple, T, con el extremo inferior sumergido en un pequeño depósito de cristal de mercurio (Fig. 152).

El fondo de este depósito está hecho de ante. Para obtener una «lectura», el tornillo S, que presiona sobre el ante, se ajusta hasta que el mercurio del depósito asciende hasta la punta de la pequeña aguja de marfil P. La lectura es la cifra de la escala en la parte frontal de la caja frente a la cual se encuentra la superficie de la columna.

EL BARÓMETRO DE ESCOTILLA también emplea la columna de mercurio (Fig. 153). El extremo inferior del tubo se curva hacia arriba y se ensancha para formar un depósito, C. El índice P, que se desplaza alrededor de un cuadrante graduado, está montado sobre un eje que sostiene una polea, sobre la cual pasa un cordón con un peso en cada extremo. El más pesado de los pesos descansa sobre la parte superior del mercurio.

Cuando la presión atmosférica disminuye, el mercurio en C asciende, levantando este peso, y el índice se mueve. Esta forma de barómetro no es tan delicada ni fiable como el de Fortin, o como el barómetro de sifón, que tiene un tubo de la misma forma que el instrumento de rueda, pero del mismo diámetro de un extremo a otro, excepto por un estrechamiento en el codo. La lectura de un sifón es la distancia entre las dos superficies del mercurio.

UN BARÓMETRO MUY SENCILLO se hace rompiendo el cuello de una botella pequeña, llenando el cuerpo con agua y colgándolo con una cuerda en la posición que se muestra (Fig. 154). Cuando la presión atmosférica baja, el agua en el orificio se abomba hacia afuera; cuando sube, el agua retrocede hasta que su superficie es ligeramente cóncava.

EL BARÓMETRO ANEROIDE.

Debido a su tamaño y peso, y a la relativa dificultad de transportarlos sin alterar la columna de mercurio, los barómetros de cubeta no se utilizan de forma tan generalizada como la variedad aneroide.

Aneroide significa "sin humedad", y en este contexto particular indica que no se emplea ningún líquido en la construcción del barómetro.

La Fig. 155 muestra un aneroide en detalle. El rasgo más destacado es la cámara de vacío, V C, una caja circular que tiene una parte superior y otra inferior de metal ondulado, pero delgado y elástico. En las Figs. 156 y 157 se muestran secciones de la caja. Está unida por la parte inferior a la tabla base del instrumento mediante un tornillo (Fig. 156). Desde la parte superior se eleva un pasador, P, con un orificio transversal para alojar el pasador K E, que tiene una sección triangular y se apoya sobre uno de sus cantos.

Volviendo a la Fig. 155, vemos que P sobresale a través de S, un resorte potente de acero en lámina. A este va unido un brazo largo, C, cuyo extremo libre mueve una biela que hace girar, a través del perno E, un eje montado en un bastidor, D. El eje mueve el brazo F. Este tira de una cadena diminuta enrollada alrededor del eje del indicador B, en oposición a un espiral, H S. B está montado en el brazo H, el cual es totalmente independiente del resto del aneroide.

La cámara de vacío se vacía durante la fabricación y se sella. Naturalmente adoptaría la forma de la Fig. 157, pero el resorte S, al actuar contra la presión atmosférica, la estira hacia afuera. A medida que la presión varía, también lo hace el ascenso o descenso del resorte; y el más mínimo movimiento se transmite a través de los brazos multiplicadores C, E, F hasta el índice.

Un buen aneroide es tan delicado que registrará la diferencia de presión causada al levantarlo del suelo a la mesa, donde tiene un par de pies menos de columna de aire reposando sobre él. Un aneroide es, por tanto, una valiosa ayuda para los montañeros para determinar su altitud sobre el nivel del mar.

BARÓMETROS Y TIEMPO.

Podemos volver ahora a la consideración de la predicción del tiempo mediante los movimientos del barómetro. Lo primero que hay que tener en cuenta es que el instrumento es esencialmente un registrador de peso. ¿Cómo se relaciona el tiempo con el peso atmosférico?

En Inglaterra, el cálido viento del suroeste suele traer tiempo húmedo, y los vientos del norte y del este, tiempo despejado; la razón de esto es que el primero nos llega tras atravesar el Atlántico y captar una gran cantidad de humedad, mientras que el segundo y el tercero han cruzado tierra firme y han depositado su humedad antes de alcanzarnos.

Un descenso del barómetro anuncia la llegada de aire cálido —es decir, aire húmedo—, el cual, al encontrarse con aire más frío, desprende su humedad. Así pues, cuando el mercurio baja, esperamos lluvia.

Por otra parte, cuando el «cristal» sube, sabemos que se acerca aire más frío, y como el aire frío proviene de un sector seco, anticipamos buen tiempo.

No se deduce de ello que se encuentren las mismas condiciones en todas partes del mundo. En las regiones que tienen el océano al este o al norte, los vientos que soplan desde allí serían los vientos lluviosos, mientras que los vientos del sudoeste podrían traer tiempo cálido y seco.

LA CAMPANA SUBMARINA.

El agua es casi 773 veces más pesada que el aire. Si sumergimos un barómetro muy poco por debajo de la superficie de un tanque de agua, observaremos inmediatamente un ascenso de la columna de mercurio.

A una profundidad de 34 pies, la presión sobre cualquier objeto sumergido es de 15 libras por pulgada cuadrada, además de la presión atmosférica de 15 libras por pulgada cuadrada; es decir, habría una presión absoluta de 30 libras.

Por regla general, al hablar de presiones hidráulicas, comenzamos tomando la presión atmosférica normal como cero, y aquí seguiremos esa práctica.

La campana de buceo se utiliza para permitir que las personas trabajen bajo el agua sin tener que recurrir al traje de buzo. En la fig. 158 se presenta un esquema de una campana de buceo ordinaria. Puede describirse como una caja de hierro cuadrada sin fondo. En la parte superior hay eslabones mediante los cuales se sujeta a una cadena de descenso, y ventanas, protegidas por rejillas; también una boquilla para el tubo de aire.

Una campana de inmersión sencilla (Fig. 159) se hace fácilmente con un vaso de vidrio al que se le ha adaptado una llave en un agujero perforado en el fondo. Cerramos la llave y sumergimos el vaso en un recipiente con agua. El agua asciende hasta cierto punto por el interior, hasta que el aire del interior se ha comprimido a una presión igual a la del agua al nivel de la superficie interior. Cuanto más se baja el vaso, más alto asciende el agua en su interior.

Evidently men could not work in a diving-bell which is invaded thus by water. It is imperative to keep the water at bay. This we can do by attaching a tube to the tap (Fig. 160) and blowing into the tumbler till the air-pressure exceeds that of the water, which is shown by bubbles rising to the surface.

The diving-bell therefore has attached to it a hose through which air is forced by pumps from the atmosphere above, at a pressure sufficient to keep the water out of the bell. This pumping of air also maintains a fresh supply of oxygen for the workers.

Dentro de la campana hay aparejos para sujetar cualquier objeto que deba ser movido, como un pesado bloque de piedra. La campana de buceo se utiliza principalmente para la colocación de mampostería submarina.

"La campana, suspendida ya sea de una grúa sobre la mampostería ya construida a flor de agua, o de una barcaza especialmente acondicionada, entra en acción. El bloque es descendido por su propia grúa hasta el fondo. La campana desciende sobre él y la tripulación lo asegura con aparejos suspendidos en su interior. Se envían instrucciones hacia la superficie sobre la dirección en la cual debe moverse la campana con su carga, y tan pronto como se ha alcanzado el punto exacto, se da la señal de descenso y la piedra se asienta sobre el cemento dispuesto para tal fin."³⁴

Para muchos fines es necesario que el trabajador tenga mayor libertad de acción de la que es posible cuando está encerrado dentro de una caja de hierro. De ahí la invención del

TRAJE DE BUZO, que consta de dos partes principales, el casco y el traje propiamente dicho.

El casco (Fig. 161) es de cobre. Una placa pectoral, B, con la forma adecuada para adaptarse a los hombros, tiene en el cuello una junta de bayoneta de rosca segmentada. La pieza de la cabeza está provista de una rosca correspondiente, que se puede acoplar o retirar con un octavo de vuelta.

El borde del cuello del traje, el cual está hecho en una sola pieza, piernas, brazos, cuerpo y todo lo demás, se fija a la placa pectoral mediante la placa P¹, atornillada firmemente a él por medio de las tuercas de mariposa N N, cuyos pernos atraviesan la placa pectoral.

El aire entra en el casco a través de una válvula situada en la parte posterior y es conducido por unos tubos a lo largo del interior hasta la parte delantera. Esta válvula se cierra automáticamente si algún accidente corta el suministro de aire, y encierra suficiente aire en el traje como para permitir que el buzo recupere la superficie.

La válvula de salida O V puede ser ajustada por el buzo para mantener cualquier presión.

A los lados de la pieza de la cabeza hay dos ganchos, H, sobre los cuales pasan los cordones que conectan los pesados lastres de plomo de 40 libras cada uno que cuelgan del pecho y la espalda del buzo. Estos pesos también están sujetos a los botones K K.

Un par de botas, que tienen 17 libras de plomo cada una en las suelas, completan el traje.

Tres ventanas acristaladas están colocadas en la pieza de la cabeza; la de la parte delantera, R W, es desmontable, de modo que el buzo pueda acceder libremente al aire cuando está fuera del agua sin verse obligado a quitarse el casco.

Por medio de cables telefónicos integrados en el cabo de vida (que pasa por debajo de los brazos del buzo y se utiliza para el descenso y el izado), se establece una fácil comunicación entre el buzo y sus asistentes en la superficie.

El transmisor del teléfono se coloca dentro del casco, entre la ventanilla frontal y una lateral; el receptor y el botón de un timbre eléctrico, en la parte superior. Este último puede accionarlo levantando la cabeza. El cabo de vida también incluye a veces los cables para una lámpara eléctrica (Fig. 162) utilizada por el buzo a profundidades donde la luz del día no puede penetrar.

La presión sobre el cuerpo de un buzo aumenta a razón de 4⅓ libras por pulgada cuadrada por cada 10 pies que desciende.

El límite ordinario de trabajo es de unos 150 pies, aunque los «veteranos» son capaces de soportar mayores presiones. El récord lo ostenta un tal James Hooper, quien, al rescatar la carga del Cape Horn, hundido frente a la costa sudamericana, realizó siete descensos de 201 pies, uno de los cuales duró cuarenta y dos minutos.

Se incluye un croquis (Fig. 163) de buzos trabajando bajo el agua con herramientas neumáticas, alimentadas desde la superficie con aire a alta presión.

Debido a su flotabilidad, un buzo tiene poca potencia para presionar o empujar, y no puede perforar un agujero en un poste con una barrena a menos que pueda apoyar la espalda contra algún objeto firme, o esté amarrado al poste.

Las herramientas de cincelado neumático solo requieren ser sostenidas contra su área de trabajo, ya que su propio peso ofrece la resistencia suficiente para los golpes muy rápidos que producen.

BOMBAS DE AIRE.

Mencionada la bomba de aire, adjuntamos diagramas (Figs. 164, 165) de la forma más sencilla de bomba de aire, el inflador de neumáticos de bicicleta. El émbolo se compone de dos placas circulares de menor diámetro que el cilindro, que sujetan entre sí una junta de cuero en forma de copa. Durante la carrera ascendente, la copa se contrae hacia dentro y permite que el aire pase a su lado. En la carrera descendente (Fig. 165), los bordes de la copa se expanden contra el cilindro, lo que impide el paso del aire alrededor del émbolo. Una bomba de aire de doble efecto requiere un émbolo largo y de ajuste preciso con una copa a cada lado de este, y la adición de válvulas adicionales al cilindro, ya que las copas en estas circunstancias no pueden actuar como válvulas.

NEUMÁTICOS.

La acción del neumático en la reducción de las vibraciones y el aumento de la velocidad de un vehículo se explica mediante las Figs. 166 y 167.

Cuando el neumático encuentra un obstáculo, como una piedra grande, lo envuelve (Fig. 166) y, al tiempo que soporta el peso sobre la rueda, reduce la desviación en la dirección del movimiento.

Cuando una rueda con llanta de hierro se encuentra con un obstáculo similar, tiene que elevarse por completo sobre él, saltando a menudo una distancia considerable en el aire. Los movimientos resultantes de la rueda se indican en cada caso mediante una flecha.

Cada cambio de dirección significa una pérdida de velocidad hacia adelante, y esta pérdida aumenta con la violencia y la magnitud del cambio. El neumático también se ventaja porque, debido a su elasticidad, produce un "impulso de salida" contra el obstáculo, lo cual compensa la resistencia durante la compresión.

EL ARMA DE AIRE COMPRIMIDO.

Esto puede describirse como una bomba de aire sin válvulas.

La Fig. 168 es una sección de una carabina de aire comprimido "Gem", con el mecanismo preparado para disparar. En la culata del arma se encuentra el cilindro, en el cual se desplaza un pistón hueco que encaja con precisión.

Un potente muelle helicoidal, torneado a partir de una barra maciza de acero, se comprime entre el extremo interior del pistón y el extremo superior de la culata.

Para armar la carabina, se presiona el pestillo de modo que su extremo en forma de gancho se desenganche de la culata, y el cañón se bascula hacia abajo sobre el pivote P. Esto hace que el extremo inferior de la palanca de compresión se deslice hacia la culata, y un saliente de la guía B, que opera en una ranura, arrastra consigo al pistón.

Cuando el muelle se ha comprimido por completo, la punta triangular de la leva basculante R encaja en una ranura de la cabeza del pistón y evita el retroceso al volver el cañón a su posición original.

Al apretar el gatillo, el pistón se libera y asciende por el cilindro con gran fuerza; el aire contenido en el cilindro se comprime y se impulsa a través del ánima del cañón —obstruida por el balín de plomo—, al cual se transmite toda la energía del muelle en expansión a través del medio elástico del aire.

Hay otros varios tipos buenos de rifles de aire comprimido, los cuales emplean los principios descritos anteriormente.

EL TOPE DE PUERTO DE CIERRE AUTOMÁTICO es otro dispositivo neumático interesante. Consiste en un cilindro con un pistón hermético y un vástago de pistón que funciona a través de una cubierta en un extremo. El otro extremo del cilindro está articulado al marco de la puerta.

Cuando se abre la puerta, el pistón comprime un muelle en el cilindro, y se admite aire más allá de un retén de cuero en el pistón hacia la parte superior del cilindro. Este aire queda confinado por el retén de cuero cuando se suelta la puerta, y escapa lentamente a través de una fuga, lo que permite que el muelle recupere su forma lentamente y, mediante la acción del vástago del pistón, cierre la puerta.

LA ACCIÓN DEL VIENTO EN SUPERFICIES OBLICUAS.

¿Por qué se eleva una cometa? ¿Por qué navega un barco contra el viento? Podemos dar una respuesta casi instintiva en ambos casos: «Porque el viento empuja la cometa o la vela hacia un lado».

Valdrá la pena, sin embargo, buscar una respuesta más científica. La cometa no puede desplazarse en la dirección del viento porque está retenida por un cordel. Pero la superficie está sujeta al cordel de tal manera que se inclina en un ángulo respecto a la dirección del viento.

Ahora bien, cuando una fuerza incide sobre una superficie inclinada que no puede arrastrar consigo, pero que tiene libertad para desplazarse en otra dirección, se puede considerar que dicha fuerza se descompone en dos fuerzas, procedentes de cada lado de la línea original. Estas se denominan fuerzas componentes.

Para explicar esto, presentamos un simple esquema de una cometa en pleno vuelo (Fig. 169). El viento sopla en la dirección de la flecha continua A.

La superficie oblicua de la cometa descompone su fuerza en las dos componentes indicadas por las flechas de trazos B y C. De estas, solo C tiene fuerza ascensional para vencer la fuerza de la gravedad. La cometa adopta una posición en la que la fuerza C y la gravedad se contrarrestan mutuamente.

Un barco que navega de través con respecto al viento actúa de manera similar (Fig. 170). El viento incide oblicuamente sobre la vela y la empujaría a sotavento si no fuera por la oposición del agua.

La fuerza A se descompone en las fuerzas B y C, de las cuales C propulsa el barco en la línea de su eje.

El barco puede hacerse navegar incluso "contra" el viento, orientando su proa hasta alcanzar un punto en el que la fuerza B sobre el barco, los mástiles, etc., supera a la fuerza C. La capacidad de un barco para navegar contra el viento depende de sus "líneas" y de la superficie que ofrece al viento.

EL GLOBO es una bolsa en forma de pera —generalmente hecha de seda— rellena de algún gas más ligero que el aire.

La tendencia de un medio más pesado a desplazar a uno más ligero impulsa el gas hacia arriba, y con él la bolsa y la cesta de mimbre unida a una red que envuelve la bolsa.

• El cuello cónico en el extremo inferior está abierto, para permitir el libre escape del gas a medida que la presión atmosférica exterior disminuye con el aumento de la altura.
• En la parte superior de la bolsa hay una válvula de madera que se abre hacia adentro, la cual puede ser tirada hacia abajo mediante una cuerda que pasa hasta ella a través del cuello siempre que el aeronauta desee dejar escapar gas para un descenso.
• Puede provocar un escape muy rápido tirando de otro cordón que cuelga de una «pieza de desgarro» cerca de la parte superior de la bolsa. En caso de emergencia, esta pieza se arranca por completo, dejando un gran orificio.

El lastre (por lo general arena) que transporta le permite mantener un estado de equilibrio entre la tracción ascendente del gas y la tracción descendente de la gravedad.

Para descender deja escapar gas, para ascender arroja lastre; y este proceso puede repetirse hasta agotar el lastre.

La mayor altura alcanzada jamás por los aeronautas son las 7¼ millas, o 37 000 pies, de los señores Glaisher y Coxwell el 5 de septiembre de 1862. El ascenso casi les cuesta la vida, pues a una altitud de unos 30 000 pies quedaron parcialmente paralizados por la rarefacción del aire, y de no haber sido porque el señor Coxwell pudo tirar de la cuerda de la válvula con los dientes y provocar un descenso, ambos habrían muerto por falta de aire.

La máquina voladora, que los ingenieros científicos tanto tiempo llevan intentando producir, probablemente será totalmente independiente de los globos y confiará para sus fuerzas ascensionales en la acción del aire sobre superficies oblicuas.

El dirigible experimental de Sir Hiram Maxim incorporaba los principios mostrados en la fig. 171.

• En una plataforma iba montado un motor, E, extremadamente potente para su peso.
• Este accionaba grandes hélices, S S.
• Grandes aeroplanos, de lona estirada sobre ligeras armazones, se instalaron en la parte superior, con el extremo delantero algo más alto que el trasero.
• La máquina se hizo correr sobre rieles dispuestos de tal manera que impedían su elevación.

Desafortunadamente, en el primer ensayo ocurrió un accidente que destruyó la máquina.

En el vuelo real sería necesario disponer de un timón vertical para alterar la dirección horizontal, y de una "cola" horizontal para dirigir hacia arriba o hacia abajo.

El principio de un aeroplano es el de la cometa, con esta diferencia: en lugar de que el aire en movimiento golpee contra un cuerpo cautivo, un cuerpo en movimiento es propulsado contra un aire más o menos estacionario. La descomposición de fuerzas se muestra mediante las flechas como antes.

Hasta el presente no ha aparecido ninguna máquina voladora práctica. Pero los experimentadores trabajan arduamente examinando las condiciones que deben cumplirse para permitir que el hombre reivindique el «dominio del aire».

# Capítulo XVIII.

# MAQUINARIA HIDRÁULICA.

El sifón—La bomba de balancín—La bomba impelente—La bomba más maravillosa—Los canales sanguíneos—El curso de la sangre—La prensa hidráulica—Accesorios de suministro de agua doméstica—El grifo de boya—El contador de agua—Sistemas de abastecimiento de agua—El filtro doméstico—Sifones hidráulicos—Motores hidráulicos—La desnatadora—La centrífuga.

En el último capítulo vimos que la presión de la atmósfera es de 15 libras por pulgada cuadrada. Supongamos que a un tubo muy largo que tiene un área transversal de una pulgada cuadrada le ajustamos un pistón hermético (Fig. 172) y colocamos el extremo inferior del tubo en un recipiente con agua.

Al levantar el pistón se crearía un vacío en el tubo, si la presión de la atmósfera no obligara al agua a subir al interior del tubo detrás del pistón. El agua continuaría subiendo hasta alcanzar un punto situado a 34 pies perpendicularmente por encima del nivel del agua en el recipiente. La columna pesaría entonces 15 libras y contrarrestaría exactamente la presión atmosférica; de modo que elevar aún más el pistón no haría subir el agua más allá.

A nivel del mar, por lo tanto, el poder de elevación de una bomba por succión está limitado a 34 pies. En la cima de una alta montaña, donde la presión del aire es menor, la altura de la columna disminuiría; de hecho, sería proporcional a la presión.

EL SIFÓN es una aplicación interesante del principio de succión. Por su propio peso, el agua puede obligarse a elevar agua hasta una altura que no exceda los 34 pies. Esto se explica mediante la Fig. 173.

El tubo del sifón, A B C D, se llena en primer lugar por succión. El peso del agua entre A y B contrarresta al que hay entre B y C. Pero la columna C D cuelga, por decirlo así, de los talones de B C, y la arrastra hacia abajo. O, dicho de otro modo, la columna B D, al ser más pesada que la columna B A, la arrastra por encima del punto más alto del sifón.

Cualquier separación entre las columnas, siempre que B A no exceda los 34 pies, es imposible, ya que la presión de la atmósfera sobre la boca de B A es suficiente para evitar la formación de un vacío.

LA BOMBA DE CUBO.

Podemos pasar ahora a la forma más común de bomba utilizada en casas, establos, jardines, etc. (Fig. 174). El émbolo tiene un gran orificio en su interior, sobre cuya parte superior hay articulada una válvula. En el fondo del cuerpo de bomba hay una segunda válvula, que también se abre hacia arriba, asentada sobre la parte superior del tubo de alimentación.

En el esquema (a) se está realizando la primera carrera ascendente. Se forma un vacío bajo el émbolo o pistón, y el agua asciende por el cuerpo de bomba para llenarlo.

El diagrama siguiente (b) muestra la primera carrera descendente. La válvula del émbolo se abre ahora y permite que el agua suba por encima de este, mientras que la inferior se cierra debido a la presión del agua superior y a la tracción de la inferior.

Durante la segunda carrera ascendente (c) el agua situada por encima del émbolo es elevada hasta desbordar por el caño, al tiempo que se aspira un nuevo suministro por la parte inferior.

LA BOMBA FORZANTE.

Para elevar el agua a niveles superiores al de la bomba se requiere una disposición algo diferente. En las figs. 175 y 176 se muestra un tipo de bomba impelente. El émbolo ahora es macizo, y la válvula superior está situada en el tubo de impulsión. Durante la carrera ascendente esta se cierra, y la otra se abre; ocurriendo lo contrario durante la carrera descendente. Por lo general se acopla una cámara de aire al tubo de impulsión cuando el agua debe elevarse a grandes alturas o bajo alta presión. En cada carrera de impulsión el aire de la cámara se comprime, absorbiendo parte del impacto transmitido al agua en el tubo por el agua proveniente de la bomba; y su expansión durante la siguiente carrera de succión fuerza el agua gradualmente hacia arriba por el tubo. La cámara de aire es un elemento muy destacado de la bomba de incendios.

Una bomba aspirante-impelente de doble efecto se observa en la Fig. 177, realizando una carrera ascendente. Ambos lados del émbolo se utilizan aquí, y el vástago del émbolo funciona a través de un prensaestopas estanco al agua. El funcionamiento de la bomba se comprenderá fácilmente a partir del diagrama.

LA BOMBA MÁS MARAVILLOSA que se conoce es el corazón. Presentamos en la Fig. 178 un croquis esquemático del sistema de circulación sanguínea en el cuerpo humano, que muestra el corazón, las arterias y las venas, grandes y pequeñas. Se supone que el cuerpo está frente al lector, de modo que el pulmón izquierdo, etc., queda a su derecha.

El corazón, que impulsa la sangre a través del cuerpo, es un gran músculo (del tamaño aproximado de un puño cerrado) con cuatro cavidades. Estas se conocen respectivamente como aurículas derecha e izquierda, y ventrículos derecho e izquierdo.

Están dispuestas en dos pares, con la aurícula en la parte superior, separadas por un tabique carnoso. Entre cada aurícula y su ventrículo hay una válvula, que consta de fuertes colgajos membranosos, con los bordes sueltos orientados hacia abajo.

• La válvula del lado izquierdo es la válvula mitral,
• la que se encuentra entre la aurícula y el ventrículo derechos, la válvula tricúspide.

Los bordes de las válvulas se juntan cuando el corazón se contrae, impidiendo el paso de la sangre. Cada ventrículo tiene una segunda válvula a través de la cual expulsa la sangre. (La del ventrículo derecho se ha representado doble por razones de comodidad).

La acción del corazón es esta:—Las aurículas y los ventrículos se expanden; la sangre fluye hacia las aurículas desde los conductos que las alimentan, y las distiende junto con los ventrículos; las aurículas se contraen y llenan por completo los ventrículos inferiores (no hay válvulas por encima de las aurículas, pero la fuerza de contracción no es suficiente para devolver la sangre a las venas); los ventrículos se contraen; las válvulas mitral y tricúspide se cierran; las válvulas que conducen a las arterias se abren; la sangre es expulsada de los ventrículos.

LOS CANALES SANGUÍNEOS son de dos clases: (1) Las arterias, que conducen la sangre hacia el sistema circulatorio; (2) las venas, que conducen la sangre de regreso al corazón. Las arterias se dividen en ramas, y estas a su vez se dividen en arterias cada vez más pequeñas. Las más pequeñas, llamadas capilares (del latín, capillus, un cabello), son diminutos tubos que tienen un diámetro promedio de 1/3000 de pulgada. Estos penetran en cada parte del cuerpo. Las arterias capilares conducen a las venas más pequeñas, las cuales se unen para formar venas cada vez más grandes, hasta llegar a lo que podemos llamar las corrientes principales. A través de estas, la sangre fluye hacia el corazón.

Hay tres puntos principales de diferencia entre las arterias y las venas.

• En primer lugar, las arterias más grandes tienen paredes elásticas gruesas y mantienen su forma incluso cuando están vacías. Esta elasticidad cumple la función de la cámara de aire de la bomba de presión. Cuando los ventrículos se contraen, impulsando sangre hacia las arterias, las paredes de estas últimas se expanden, y su contracción empuja la sangre de manera constante hacia adelante sin sacudidas. Los capilares tienen paredes muy delgadas, de modo que los fluidos los atraviesan hacia y desde el cuerpo, alimentándolo y extrayendo los productos de desecho. Las venas tienen paredes delgadas y colapsan cuando están vacías.
• En segundo lugar, la mayoría de las venas están provistas de válvulas, que impiden que la sangre fluya en dirección incorrecta. Estas son similares en principio a las del corazón. Las arterias no tienen válvulas.
• En tercer lugar, las arterias suelen estar profundamente ubicadas, mientras que muchas de las venas corren cerca de la superficie del cuerpo. Las de la parte anterior del brazo son especialmente visibles. Coloque su pulgar sobre ellas y deslícelo hacia la muñeca, y notará que las venas se distienden debido al cierre de las válvulas recién mencionadas.

La sangre arterial es roja, y sale de un corte a golpes, debido a la contracción de las paredes elásticas.

Si te cortas una vena, brota sangre azul en un flujo constante. El cambio de color se debe a la pérdida de oxígeno durante el paso de la sangre a través de los capilares y a la absorción de dióxido de carbono de los tejidos.

Los pulmones son dos de los grandes purificadores de la sangre. A medida que esta circula a través de ellos, desprende el dióxido de carbono que ha absorbido y recibe oxígeno puro a cambio.

Si el aire de una habitación está «viciado», la sangre no recibe la cantidad adecuada de oxígeno. Por esta razón es recomendable mantener las ventanas de nuestras habitaciones abiertas tanto como sea posible, tanto de día como de noche.

La fatiga es causada por la acumulación de dióxido de carbono y otras impurezas en la sangre. Cuando corremos, el corazón bombea sangre a través de los pulmones más rápido de lo que estos pueden purificarla, y eventualmente nuestros músculos se envenenan hasta tal punto que tenemos que parar por puro agotamiento.

EL CURSO DE LA SANGRE.

Se tarda algo menos de un minuto en que una gota de sangre circule desde el corazón por todo el sistema y regrese al corazón.

Podemos resumir brevemente el curso de la circulación de la sangre del siguiente modo:—Es expulsada desde el ventrículo izquierdo hacia la aorta y las arterias principales, desde donde pasa a las arterias más pequeñas, y de ahí a los capilares del cerebro, estómago, riñones, etc. Aquí cede oxígeno al cuerpo y absorbe impurezas. Luego entra en las venas, y a través de ellas fluye de regreso hacia la aurícula derecha; es impulsada hacia el ventrículo derecho; es expulsada hacia las arterias pulmonares (del pulmón); entra en los pulmones y es purificada. Regresa a la aurícula izquierda a través de las venas pulmonares; entra en la aurícula izquierda, pasa al ventrículo izquierdo, y así sucesivamente.

Un corazón sano late desde 120 veces por minuto en un niño de un año hasta 60 por minuto en una persona muy anciana. La frecuencia normal para un adulto de mediana edad es de 80 a 70 latidos.

La enfermedad cardíaca indica la incapacidad de las válvulas del corazón para cerrarse adecuadamente. La sangre regresa cuando el corazón se contrae y la circulación se debilita considerablemente.

Al auscultar con un estetoscopio, el médico puede saber si las válvulas están en buen estado. Un siseo durante el latido indica una fuga a través de las válvulas; un golpe seco, o «clac», que se cierran por completo.

LA PRENSA HIDRÁULICA.

Es característico de los fluidos y de los gases que, si se ejerce presión sobre cualquier parte de una masa de cualquiera de ambas clases de cuerpos, esta se transmite por igual y sin disminución en todas direcciones, y actúa con la misma fuerza sobre todas las superficies iguales, en ángulo recto con dichas superficies.

El gran filósofo natural Pascal formuló por primera vez este notable hecho, del cual se ofrece una sencilla ilustración en la Fig. 179. Dos cilindros, A y B, con un calibre de una y dos pulgadas respectivamente, están conectados por una tubería. Se vierte agua y se introducen pistones que se ajustan con precisión a los cilindros y son de igual peso. Sobre el pistón B se coloca una carga de 10 libras. Para evitar que A suba por encima del nivel de B, debe cargarse proporcionalmente. El área del pistón A es cuatro veces la de B, de modo que si colocamos sobre él un peso de 40 libras, ninguno de los pistones se moverá. Las paredes de los cilindros y de la tubería de conexión también son presionadas hacia afuera en la proporción de 10 libras por cada parte de su superficie interior que tenga un área igual a la del pistón B.

La prensa hidráulica es una aplicación de esta ley. El cilindro B está representado por una bomba impelente de calibre pequeño, capaz de suministrar agua a presiones muy elevadas (hasta 10 toneladas por pulgada cuadrada). En lugar de A tenemos un cilindro resistente con un émbolo macizo, P (Fig. 180), que soporta la mesa sobre la cual se coloca el objeto que se va a presionar.

Bramah, el inventor de la prensa hidráulica, experimentó gran dificultad para evitar la fuga de agua entre la parte superior del cilindro y el émbolo. Si se usaba un empaque de «prensaestopas» del tipo que se encuentra en los cilindros de vapor, este no lograba retener el agua a menos que se atornillara con tanta fuerza que el émbolo quedaba trabado. Probó toda clase de recursos sin éxito; y su invención, por excelente que fuera en principio, parecía destinada al fracaso, cuando su capataz, Henry Maudslay,³⁵ resolvió el problema de una manera sencilla pero sumamente magistral.

Hizo tornear un rebaje en el cuello del cilindro en el punto que antes ocupaba la caja de empaquetadura, y en este se colocó un collarín de cuero de sección en U (marcado en negro sólido en la Fig. 180) con su lado abierto hacia abajo. Cuando el agua llegaba a este, forzaba los bordes a separarse, uno contra el émbolo y el otro contra las paredes del rebaje, con un grado de firmeza proporcional a la presión. Al liberarse el agua del cilindro, el collarín se contraía, lo que permitía que el émbolo descendiera sin fricción.

El principio de la prensa hidráulica se emplea en los ascensores; en máquinas para doblar, taladrar y remachar planchas de acero, o para encajar o sacar ruedas de sus ejes; para hacer avanzar el «escudo de perforación» de un túnel; y para otros fines demasiado numerosos para mencionarlos.

ACCESORIOS DE SUMINISTRO DE AGUA DOMÉSTICA.

Entre estos, el más usado es el grifo o llave. Cuando una casa se abastece de la red de suministro de agua municipal o comarcal, las autoridades de las obras hidráulicas estipulan la instalación de grifos adecuados en todas las tuberías conectadas al suministro.

El grifo de "macho" o "cono" tradicional no es adecuado para controlar agua a alta presión debido a la brusquedad con la que corta el caudal. Para que el lector no tenga dudas sobre la naturaleza de un grifo de macho, podemos añadir que tiene un cono metálico troncocónico que opera dentro de un alojamiento también troncocónico.

Al girar el cono hasta que un orificio que lo atraviesa se alinea con el conducto del grifo, el agua pasa. Un cuarto de vuelta cierra el grifo.

Su lugar ha sido ocupado por la llave de rosca. En la Fig. 181 se muestra un modelo muy común y eficaz.

La válvula V, con un revestimiento de caucho, cuero u otra sustancia suficientemente elástica, está fijada a un pasador, C, que sobresale hacia arriba en el husillo A del grifo. Este husillo tiene una rosca que engrana con un collar, B.

Cuando se gira el husillo, este sube o baja, permitiendo que la válvula se separe de su asiento, V S, o forzándola a descender sobre él. Un prensaestopas P en el cuello de B impide el paso del agua alrededor del husillo.

Abrir o cerrar el grifo por completo requiere varias vueltas, las cuales no se pueden hacer con la rapidez suficiente como para producir un «golpe de ariete» en las tuberías al detener repentinamente el flujo. El lector comprenderá fácilmente que, si el agua que fluye a una velocidad de varias millas por hora se frena bruscamente, el impacto sobre las tuberías que la transportan debe de ser muy fuerte.

EL GRIFO DE FLOTADOR se utiliza para alimentar automáticamente de agua un depósito y evitar que esta suba demasiado en el mismo (Fig. 182). El agua entra en el depósito a través de una válvula, la cual se abre y se cierra mediante un émbolo revestido de caucho.

El extremo inferior del émbolo está achatado y tiene un orificio rectangular cortado en él. A través de este pasa una palanca, L, fijada por un extremo a una esfera de cobre hueca y articulada por el otro en la carcasa de la válvula. Dicha carcasa no es completamente circular en su sección, ya que en su circunferencia se han moldeado dos ranuras para permitir que el agua pase libremente alrededor del émbolo cuando la válvula está abierta.

La flotabilidad de la esfera de cobre es suficiente para forzar la cara del émbolo hacia su asiento a medida que la válvula se eleva, y para cortar el suministro por completo cuando se ha alcanzado un cierto nivel. Si se extrae agua, la esfera se hunde, la válvula se abre y se repondrá la pérdida.

EL CONTADOR DE AGUA.

Algunos consumidores pagan una suma trimestral por el privilegio de contar con suministro de agua, y la compañía de agua les permite usar tanta como necesiten.

Otros, sin embargo, prefieren pagar una cantidad fija por cada mil galones utilizados. En tales casos, se requiere un contador de agua para registrar el consumo.

Adjuntamos un diagrama en sección del contador de agua patentado de Kennedy (Fig. 183), de uso muy generalizado.

En la parte inferior se encuentra el cilindro de medición, provisto de un pistón (6), el cual se hace mover de forma perfectamente estanca al agua y libre de fricción mediante un anillo cilíndrico de caucho que rueda entre el cuerpo del pistón y la superficie interna del cilindro.

El vástago del pistón (25), tras pasar a través de un prensaestopas en la tapa del cilindro, se une a una cremallera (15) que engrana con un diente (13) fijado en un eje. A medida que el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo, este diente gira primero en una dirección y luego en la otra. A este eje está conectado el mecanismo indicador (a la derecha).

La llave de macho (24) está construida de tal manera que puede poner cualquiera de los extremos del cilindro de medición en comunicación con las tuberías de alimentación o de descarga, si se le da un cuarto de vuelta (véase la Fig. 184). La palanca contrapesada (14) se mueve libremente sobre el eje del piñón a través de una parte de un círculo. Del piñón sobresalen dos brazos, uno a cada lado de la palanca.

Cuando la palanca ha sido levantada por uno de estos más allá de la posición vertical, cae por su propio peso sobre un soporte de caja amortiguadora (18). Al hacerlo, golpea un saliente en la palanca dúplex (19), que está unida a la llave de macho, y le da a esta última un cuarto de vuelta.

Para seguir el funcionamiento del contador, debemos tener a la vista las Figs. 183 y 184 simultáneamente.

El agua entra por A, el tubo de alimentación. Fluye a través de la llave de paso hacia abajo por el canal D hacia la mitad inferior del cilindro. El pistón asciende, expulsando el agua que tiene encima a través de C hacia el tubo de descarga B.

Justo cuando el pistón completa su carrera, el peso, elevado por la cremallera y el piñón, se vuelca y golpea el brazo de la llave, el cual hace descender hasta que se detiene en la caja amortiguadora. La llave de paso queda entonces en ángulo recto respecto a la posición mostrada en la Fig. 184, y el agua es dirigida desde A hacia abajo por C hacia la parte superior del cilindro, forzando al pistón hacia abajo, mientras que el agua admitida por debajo durante la última carrera es forzada hacia arriba por el conducto D y sale por la salida B.

Antes de que el pistón haya llegado al fondo del cilindro, el dispositivo de elevación habrá levantado la palanca contrapesada de la caja amortiguadora y la habrá llevado a una posición vertical; desde allí habrá caído sobre el brazo derecho de la llave y habrá devuelto la llave de paso a su posición anterior, lista para comenzar otra carrera ascendente.

El mecanismo indicador tiene en cuenta el hecho de que la rueda cónica del eje del piñón invierte su dirección al principio de cada carrera del pistón.

Este cono engrana con otros dos montados libremente en el pequeño eje, sobre el cual se mecaniza una rosca de tornillo para hacer girar las ruedas del contador indicador.

Cada uno de estos últimos conos acciona el eje mediante un trinquete; pero mientras uno hace girar el eje cuando rota únicamente en sentido horario, el otro lo engrana al dar una revolución en sentido antihorario.

El resultado es que el eje siempre gira en la misma dirección.

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA.

El agua para el abastecimiento de una ciudad o distrito se obtiene ya sea de pozos o de un río. En el primer caso, puede suponerse que está libre de impurezas. En el segundo, existe la necesidad de eliminar toda la materia objetable y peligrosa que el agua de los ríos siempre contiene en mayor o menor grado. Esta purificación se logra conduciendo primero el agua a grandes tanques de sedimentación, donde la materia en suspensión se hunde hasta el fondo. El agua es luego extraída hacia lechos de filtración, construidos de la siguiente manera. El fondo se cubre con una capa gruesa de hormigón. Sobre esta se colocan hileras paralelas de ladrillos, con las hileras a una pequeña distancia entre sí. Luego viene una capa de ladrillos o tejas colocados muy juntos; una capa de grava gruesa; una capa de grava más fina; y una capa gruesa de arena en la parte superior. La arena detiene cualquier materia sólida en el agua a medida que esta se filtra hacia la grava y los drenajes inferiores. Incluso los microbios,³⁶ de tamaño microscópico, son retenidos tan pronto como se forma la película de lodo en la parte superior de la arena. Hasta que se forma esta película, el filtro no se encuentra en su condición más eficiente. De vez en cuando se drena el lecho, se retiran cuidadosamente el lodo y la arena de la superficie, y se coloca arena fresca en su lugar. Un buen lecho filtrante no debe dejar pasar más de dos a tres galones por hora por cada pie cuadrado de superficie, por lo que debe tener una gran superficie.

A veces es necesario pasar el agua a través de una sucesión de lechos, dispuestos en terrazas, antes de que esté suficientemente pura para fines de consumo.

EL FILTRO DOMÉSTICO.

Cuando hay alguna duda sobre la salubridad del suministro de agua, a menudo se usa un filtro pequeño. El detenedor de microbios suele ser de carbón, arena, asbesto o algún tipo de arcilla cocida. En la Fig. 185 ofrecemos una sección de un filtro Maignen. R es el depósito para el agua filtrada; A la caja del filtro propiamente dicha; D un armazón cónico perforado; B una camisa de tela de asbesto asegurada arriba y abajo por cordones de asbesto a D; C carbón en polvo, entre el cual y el asbesto hay una capa de medio filtrante químico especial. Una tapa perforada, E, cubre el carbón y evita que sea alterado cuando se vierte agua. El carbón detiene las formas de materia más groseras; el asbesto, las más finas. La camisa de asbesto se quita y limpia fácilmente calentándola sobre el fuego.

La forma más útil de filtro doméstico es aquel que puede acoplarse a un grifo conectado a la red general. Dicho filtro suele estar hecho de porcelana o loza sin esmaltar.

El filtro Berkefeld tiene una carcasa exterior de hierro y una "vela" interior hueca de porcelana de la cual sale un tubo que atraviesa la tapa del filtro hacia un depósito de almacenamiento para el agua filtrada.

El agua de la red entra en la carcasa exterior, se filtra a través de las paredes de porcelana hacia la cavidad interna y desde allí sale a través del tubo de suministro.

Sea cual fuere el tipo de filtro empleado, debe limpiarse a intervalos adecuados.

Un filtro sucio es muy peligroso para quienes beben el agua que pasa por él.

Se ha demostrado mediante análisis que, lejos de purificar el agua, un filtro ineficaz y contaminado expulsa un agua mucho más cargada de microbios que antes de entrar. Por lo tanto, no debemos pensar que, porque el agua haya sido filtrada, es necesariamente segura. Demasiado a menudo ocurre exactamente lo contrario.

TRAMPAS DE GAS.

Los microbios peligrosos pueden respirarse además de beberse en el organismo humano.

Toda comunicación entre la casa y las alcantarillas debe estar cuidadosamente «sifonada».

El principio de un sifón de gas entre, por ejemplo, el fregadero de la cocina y la tubería de desagüe para evacuar el agua se muestra en la Fig. 186. Siempre queda suficiente agua en el codo como para subir por encima del nivel del mismo, impidiendo eficazmente el paso de cualquier gas que pueda haber en la tubería más allá del codo.

MÁQUINAS HIDRÁULICAS.

Before the invention of the steam-engine human industries were largely dependent on the motive power of the wind and running water.

But when the infant nursed by Watt and Stephenson had grown into a giant, both of these natural agents were deposed from the important position they once held.

• Windmills in a state of decay crown many of our hilltops, and the water-wheel which formerly brought wealth to the miller now rots in its mountings at the end of the dam.
• Except for pumping and moving boats and ships, wind-power finds its occupation gone. It is too uncertain in quantity and quality to find a place in modern economics.
• Water-power, on the other hand, has received a fresh lease of life through the invention of machinery so scientifically designed as to use much more of the water's energy than was possible with the old-fashioned wheel.

La turbina, de la cual ya hemos hablado en nuestro tercer capítulo, es ahora la máquina hidráulica favorita. Algunas turbinas hidráulicas funcionan basándose prácticamente en el mismo principio que la turbina de vapor Parsons; otras se asemejan a la de Laval. Entre estas últimas, la rueda Pelton ocupa el primer lugar. Gracias a la cortesía de los fabricantes, podemos ofrecer algunos detalles e ilustraciones interesantes de este dispositivo.

La rueda, que puede ser de cualquier diámetro desde seis pulgadas hasta diez pies, tiene cangilones colocados a intervalos regulares alrededor de la circunferencia, sobresalientes hacia fuera.

Cada cangilón, como se deducirá de nuestra ilustración de una enorme rueda de 5.000 h.p. (Fig. 187), está compuesto por dos cazoletas.

Una boquilla está dispuesta de manera que dirige agua hacia los cangilones justo cuando estos alcanzan el punto más bajo de una revolución (véase la Fig. 188). El agua golpea el cangilón en la partición entre las dos cazoletas, lo cual la desvía hacia la derecha y hacia la izquierda alrededor del interior de las cazoletas. El cambio de dirección transfiere la energía del agua a la rueda.

La velocidad de la rueda puede regularse automáticamente mediante una boquilla deflectora (Fig. 189), que posee una junta de rótula para permitir que sea levantada o bajada por un regulador centrífugo, desviando así el chorro hacia las cangilones o apartándolo de ellos.

La potencia de la rueda aumenta o disminuye en consecuencia para adaptarse al cambio de carga, y se mantiene una velocidad constante.

Cuando es necesario desperdiciar la menor cantidad de agua posible, se puede instalar una aguja cónica concéntrica dentro de la boquilla. Cuando la boquilla está en su posición más alta, la punta de la aguja se retira; a medida que la boquilla desciende, la aguja sobresale, reduciendo gradualmente el área de descarga de la boquilla.

Las ruedas Pelton están diseñadas para funcionar a cualquier velocidad y para utilizar agua de cualquier presión.

En Manitou, Colorado, hay una instalación de tres ruedas accionadas por agua que sale de la boquilla a la enorme presión de 935 libras por pulgada cuadrada.

Es interesante señalar que los chorros de agua a muy alta presión ofrecen una resistencia asombrosa a cualquier intento de desviar su curso. Un chorro de tres pulgadas de agua a 500 libras no puede ser cortado por el golpe de una palanca.

Para obtener la presión suficiente con el fin de accionar maquinaria hidráulica en minas, fábricas, etc., el agua suele conducirse durante muchas millas en tajamares, o canales artificiales, a lo largo de las laderas de los valles desde la fuente de suministro hasta el punto en el que ha de ser utilizada. Para cuando se alcanza dicho punto, la diferencia entre las pendientes del canal y del fondo del valle ha producido una diferencia de altura de algunos cientos de pies.

La ilustración a página completa de la pág. 380 ofrece un testimonio llamativo del maravilloso progreso alcanzado en la práctica de la ingeniería durante los últimos cincuenta años.

La enorme rueda hidráulica que constituye la mayor parte de la imagen es la de Laxey, en la Isla de Man. Tiene 72 pies y medio de diámetro y se supone que desarrolla 150 caballos de fuerza, los cuales se transmiten a varios cientos de pies de distancia por medio de varillas de madera sostenidas a intervalos regulares.

La fuerza así transmitida acciona un sistema de bombas en una mina de plomo, elevando 250 galones de agua por minuto a una altura de 1.200 pies.

El agua motriz se conduce desde cierta distancia hasta la rueda a través de un conducto subterráneo, y es llevada por presión hacia lo alto de la torre de mampostería, vertiéndose por la parte superior en los cangilones situados en la circunferencia de la rueda.

El pequeño corte en la esquina superior representa una rueda Pelton dibujada a la misma escala que, dada una provisión igual de agua a la misma presión, desarrollaría la misma potencia que el monstruo de Laxey. Al lado del gigante, la otra parece un mero juguete.

LA SEPARADORA DE CREMA.

En 1864 Dinamarca entró en guerra con Alemania y salió de la breve contienda despojada de las provincias de Lauenburgo, Holstein y Schleswig.

La pérdida de las dos últimas, las regiones más hermosas y fértiles del reino, fue en verdad dolorosa. El rey danés pasó a gobernar únicamente sobre una tierra compuesta en gran parte por páramos, marismas y dunas, aparentemente inútiles para cualquier fin.

Pero los daneses, con admirable coraje, emprendieron una segunda lucha, esta vez contra la naturaleza. Construyeron carreteras y ferrocarriles, cavaron zanjas de riego y plantaron árboles forestales; y así transformaron gradualmente grandes extensiones de lo que había sido un país inútil en valiosas posesiones.

Como la agricultura se encontraba muy deprimida debido al bajo precio del trigo, a continuación centraron su atención en la mejora de la industria lechera. Se introdujo maquinaria de todo tipo para ahorrar mano de trabajo, sin que ninguna fuera más importante que el dispositivo para separar los componentes grasos de los acuosos de la leche. No sería exagerado decir que la centrifugadora es en gran medida responsable de la actual prosperidad de Dinamarca.

¿Cómo funciona?³⁷ pregunta el lector. La fuerza centrífuga es el principio rector. Para explicar su aplicación, añadimos una ilustración en sección (Fig. 191) de la desnatadora manual de los Sres. Burmeister y Wain, que puede tomarse como un ejemplo general de esta clase de máquinas.

Dentro de una carcasa circular hay un recipiente cilíndrico, D, montado sobre un eje que puede girar 5000 veces por minuto mediante ruedas dentadas y la rosca de tornillo tallada en él cerca de su extremo inferior.

La leche fluye desde el depósito R (sostenido por un brazo robusto) a través de la llave A hacia un pequeño distribuidor en la parte superior de la desnatadora y, desde allí, cae en el tubo central C del recipiente. Al caer al fondo, es arrojada hacia afuera por la fuerza centrífuga, encuentra una salida hacia arriba a través de los agujeros a a, asciende por la rejilla perforada e—cuya superficie presenta una serie de protuberancias piramidales— y finalmente llega a la superficie interior del tambor propiamente dicho.

La velocidad de rotación es tan tremenda que las porciones más pesadas de la leche —es decir, la parte acuosa— se amontonan hacia el punto más alejado del centro y mantienen a los elementos grasos más ligeros alejados del contacto con las paredes del tambor. En el diagrama, el agua está representada por pequeños círculos y la nata por pequeñas cruces.

A medida que entra más leche en el tambor, esta empuja hacia arriba la que ya se encuentra allí.

La tapa del tambor tiene una camisa interior, F, que en la parte inferior casi toca la pared del tambor. La distancia entre ambas es una rendija mínima; pero la nata es desviada hacia arriba, por el exterior de F, hacia el espacio E, y escapa a través de un orificio de un dieciseisavo de pulgada de diámetro que perfora la placa G. La nata es arrojada al espacio K y gotea por el caño B, mientras que el agua sale disparada hacia el espacio H y se escurre por el caño A.

LA «HIDRO.»,

utilizada en lavanderías para escurrir la ropa mediante fuerza centrífuga, consta de una carcasa exterior sólida y una jaula cilíndrica interior perforada, que gira a gran velocidad mediante un eje vertical.

La ropa mojada se coloca en la jaula y se pone en marcha la máquina. El agua escapa a través de las perforaciones y baja por el lateral de la carcasa hasta un desagüe.

Al cabo de unos minutos, la ropa está lo suficientemente seca como para plancharla. Tan grande es la fuerza centrífuga que queda apelmazada contra las paredes de la jaula, por lo que es necesario tener cuidado al sacarla.

# Capítulo XIX.

# CALEFACCIÓN E ILUMINACIÓN.

El suministro de agua caliente—El sistema de depósito—El sistema de cilindro—Cómo funciona una lámpara—Gas y fábricas de gas—Carga automática—Un regulador de gas—El contador de gas—Alumbrado de gas incandescente.

SUMINISTRO DE AGUA CALIENTE.

Hoy en día se espera que una casa bien equipada contenga aparatos eficientes para suministrar abundante agua caliente a todas horas del día.

Hay poca poesía en la caldera de la cocina y en las tuberías que el fontanero y sus ayudantes a veces tienen que inspeccionar y reparar, pero los métodos para garantizar una correcta circulación de agua caliente por la casa son lo suficientemente importantes e interesantes como para ser mencionados en estas páginas.

En las casas de tamaño moderado, la cocina económica realiza la calefacción. Los dos sistemas más comúnmente utilizados para almacenar y distribuir el agua caliente son: (1) El sistema de tanque; (2) el sistema de cilindro.

EL SISTEMA DE DEPÓSITO se muestra esquemáticamente en la Fig. 192. La caldera está situada en la parte trasera del fogón, y cuando se abre un "tiro", el fuego y los gases calientes pasan por debajo de ella hacia un conducto que lleva a la chimenea. El agua casi hirviendo asciende hasta la parte superior de la caldera y desde allí se abre paso por el tubo de ida hasta el depósito de agua caliente A, desplazando al agua algo más fría que se encuentra allí, la cual desciende a través del tubo de retorno hasta el fondo de la caldera.

El agua se extrae del tubo de impulsión. Este tubo sobresale cierta distancia a través del fondo de A, de modo que la porción más caliente del contenido pueda extraerse primero.

Un tanque situado en el tejado, alimentado desde la red general mediante un grifo de boya, se comunica con A a través del tubo en sifón S. La curva de este tubo impide el ascenso del agua caliente, la cual no puede hundirse a través de agua más fría que ella misma.

Desde la parte superior de A, un tubo de expansión se extiende hacia arriba y se dobla sobre el tanque de agua fría para descargar cualquier vapor que pueda generarse en la caldera.

Un radiador de agua caliente para calentar la casa puede conectarse a las tuberías de ida y retorno tal como se muestra.

Dado que abre un «cortocircuito» para la circulación, el agua del depósito superior no se calentará tan bien mientras esté en funcionamiento.

Si se instalan llaves en las tuberías del radiador, se puede regular la cantidad de calor así desviada.

Una desventaja del sistema de tanque es que este, si se coloca lo suficientemente alto como para abastecer todos los flujos, a veces está tan lejos de la caldera que el agua pierde gran parte de su calor en el curso de la circulación. Asimismo, si por alguna razón falla el agua fría, el tanque A puede vaciarse por completo, cesar la circulación y el agua de la caldera y las tuberías evaporarse rápidamente.

EL SISTEMA DE CILINDROS

(Fig. 193) no está expuesta a ninguna de estas objeciones. En lugar de un tanque rectangular en lo alto, ahora tenemos un gran cilindro de cobre situado en la cocina, cerca del fogón.

Las tuberías de ida y retorno son continuas, y la alimentación de agua fría entra por el fondo del cilindro a través de una tubería con un codo en sifón. Como antes, el agua se extrae de la tubería de ida, y se puede incluir un radiador en el circuito.

Dado que no hay ningún punto de consumo por debajo de la parte superior del cilindro, incluso si falla el suministro de agua fría, el cilindro permanecerá lleno, y el fallo se descubrirá mucho antes de que exista el peligro de que el agua que contiene llegue a hervir.

Las explosiones de las calderas se deben a obstrucciones en las tuberías. Si la tubería de expansión y la de suministro de agua fría se congelan, existe el peligro de una ligera acumulación de vapor; y si una de las tuberías de circulación también se obstruye, se debe generar vapor hasta que «algo tenga que ceder»,³⁸ lo cual es, naturalmente, la caldera.

Suponiendo que las tuberías estén bastante llenas hasta los puntos de obstrucción, la fractura se debería a la expansión del agua. El vapor no puede generarse a menos que haya un espacio por encima del agua. Pero el agua en expansión ha almacenado el calor que habría generado vapor, y en el momento en que comienza la expansión tras la fractura, esta energía se libera repentinamente. El vapor se forma instantáneamente, aumentando los efectos de la explosión.

De esto se deduce que todas las tuberías deben estar debidamente protegidas contra las heladas; especialmente cerca del tejado.

Otra causa de desastre es la obstrucción de las tuberías por la cal depositada por el agua dura al calentarse. Cuando se utiliza agua dura, las tuberías tarde o temprano se bloquearán cerca de la caldera; y como el depósito es demasiado duro para ser raspado, las renovaciones periódicas son inevitables.

CÓMO FUNCIONA UNA LÁMPARA.

Del calentamiento pasamos a la iluminación, y primero a la lámpara de parafina común. Las dos cosas principales que hay que observar en ella son la mecha y el tubo.

La mecha, al estar hecha de algodón de tejido apretado, absorbe el aceite mediante lo que se conoce como atracción capilar.

Si sumerges los extremos de dos tubos de vidrio, uno de media pulgada y el otro de un octavo de pulgada de diámetro, en un recipiente con agua, notarás que el agua asciende más alto en el tubo más pequeño.

O bien, toma dos placas de vidrio limpias y colócalas cara a cara, tocándose por un extremo, pero manteniéndolas ligeramente separadas por el otro mediante algún objeto pequeño. Si se sumergen parcialmente en posición vertical, el agua ascenderá entre las placas —más lejos en el lado en que las dos placas se tocan, y cada vez menos a medida que se acerca al otro borde—.

La tendencia de los líquidos a ascender a través de cuerpos porosos es un fenómeno que no podemos explicar.

El aceite mineral contiene una gran proporción de carbono e hidrógeno; por ello se le denomina hidrocarburo.

Cuando el aceite llega a la parte superior de una mecha encendida, el líquido se calienta hasta convertirse en gas. El carbono y el hidrógeno se unen con el oxígeno del aire. Al parecer, algunas partículas de carbono no se combinan de inmediato y, al atravesar la zona ígnea de la llama, se calientan a una temperatura tal que se vuelven altamente luminosas.

Es para producir estos rayos de luz que utilizamos una lámpara, y para quemar nuestro aceite de manera eficiente debemos suministrar a la llama abundante oxígeno, más del que podría obtener de forma natural. Por ello, la rodeamos con un tubo transparente de vidrio especial. El aire dentro del tubo se calienta y asciende; aire fresco entra a raudales por la parte inferior, y también se calienta y es reemplazado. A medida que el aire pasa a través, la llama se apropia del oxígeno.

Si se sube la mecha hasta que la llama humea y llamea, se ha superado el punto en el que la corriente de aire inducida por el tubo puede suministrar suficiente oxígeno para combinarse con el carbono del vapor, y el carbono «libre» escapa en forma de humo.

La chapa de chimenea utilizada para avivar el fuego (Fig. 194) cumple exactamente la misma función que el tubo de la lámpara, pero a mayor escala. La placa impide que el aire pase directamente hacia arriba por la chimenea por encima de las brasas, y lo obliga a abrirse paso a través del propio fuego para reemplazar el aire caliente que asciende por la chimenea.

GAS AND GASWORKS.

Una lámpara es un aparato para convertir aceite mineral hidrocarbonado en gas y quemarlo eficientemente. El surtidor de gas quema gases producidos al desprender vapores hidrocarbonados del carbón en aparatos diseñados especialmente para tal fin. La fabricación de gas es hoy en día, a pesar de la competencia del alumbrado eléctrico, una industria tan importante que haremos bien en echar un vistazo a los procesos que comprende. El gas de hulla puede producirse a muy pequeña escala de la siguiente manera: Llene un bote de hojalata (cuyas juntas se hayan hecho doblando el metal, no soldándolas) con carbón, encaje la tapa y colóquelo, con la tapa hacia abajo, en un fuego vivo, previa perforación de un agujero en el fondo. Pronto empieza a salir vapor por el agujero. Al principio esto es probablemente sólo vapor de agua, debido a que el carbón está más o menos húmedo. Pero si se acerca enseguida una cerilla encendida, el vapor prende, lo que demuestra que se está desprendiendo gas de hulla propiamente dicho. La llama dura mucho tiempo. Cuando se apaga, se puede retirar el bote y examinar su contenido. La mayor parte del carbono permanece en forma de coque. Es, volumen por volumen, mucho más ligero que el carbón, ya que el hidrógeno, el oxígeno y otros gases, así como parte del carbono, han sido expulsados por el calor. El coque en sí arde si se coloca en el fuego, pero sin nada del humo que emana del carbón.

Nuestro gas casero produce una llama humeante e insatisfactoria, debido a la presencia de ciertas impurezas: amoníaco, alquitrán, sulfuro de hidrógeno y bisulfuro de carbono.

Una fábrica de gas debe estar equipada con los medios necesarios para deshacerse de estos molestos componentes.

Pasando a la Fig. 195, que muestra de forma muy esquemática las características principales de una planta de gas, observamos en el extremo derecho las retortas, que corresponden a nuestro recipiente.

Estas son por lo general largos tubos de ladrillo refractario con sección en D, con el lado plano en la parte inferior. Debajo de cada una hay un horno, cuyas llamas inciden en el fondo, los lados y el extremo interior de la retorta. El extremo exterior, que sobresale más allá del soporte de mampostería, tiene una puerta de hierro hermética para llenar la retorta, e inmediatamente detrás de esta se eleva un tubo de salida de hierro, A, para los gases.

El alquitrán, que se vaporiza a altas temperaturas, pero que se licua con el calor atmosférico ordinario, debe eliminarse primero. Esto se efectúa haciendo pasar el gas a través del colector hidráulico, un recipiente tubular medio lleno de agua que recorre toda la longitud de las retortas. El extremo del tubo A se sumerge bajo la superficie del agua, lo cual condensa la mayor parte del alquitrán y del vapor.

El gas parcialmente purificado pasa ahora por la tubería B hacia los condensadores, una serie de tubos en U invertida que se apoyan sobre una caja de hierro con divisiones transversales verticales entre las bocas de cada U. Estas divisiones se sumergen en agua, de modo que el gas tiene que subir por una ramificación de una U, bajar por la otra, subir por la primera ramificación del segundo tubo, y así sucesivamente, hasta que todos los rastros del alquitrán y otros componentes líquidos se han condensado en el interior de la tubería, desde donde caen al depósito situado abajo.

La etapa siguiente es el paso por el depurador (scrubber), relleno de coque sobre el cual fluye agua constantemente. El gas amoníaco es absorbido aquí.

Aún quedan el sulfuro de hidrógeno y el bisulfuro de carbono, ambos sumamente ofensivos para el olfato. La cal apagada, dispuesta en bandejas dentro de un compartimento hermético llamado el depurador de cal (lime purifier), absorbe la mayor parte de los elementos sulfurosos de estos; y el gas de hulla queda entonces apto para el consumo.

Al salir de los depuradores, fluye hacia el gasómetro, cuya enorme forma de torta es un objeto muy familiar en los alrededores de las ciudades. El gasómetro es una caja cilíndrica con la parte superior abovedada, pero sin fondo, construida con planchas de acero remachadas. Se yergue en un depósito circular de agua, de modo que pueda subir y bajar sin que se escape gas alguno. La levedad del gas, junto con los pesos unidos a los extremos de unas cadenas que accionan sobre poleas en la estructura que rodea al depósito, basta para elevar este último.

Algunos gasómetros poseen una capacidad enorme. El récord lo ostenta actualmente el construido para la South Metropolitan Gas Co., de Londres, por los Sres. Clayton & Son de Leeds.

Este monstruo (del cual adjuntamos una ilustración, la fig. 196) tiene 300 pies de diámetro y 180 pies de altura. Cuando está completamente extendido, contiene 12.158.600 pies cúbicos de gas.

Debido a su inmenso tamaño, está construido según el principio telescópico en seis «secciones» (lifts) de 30 pies de profundidad cada una. Los lados de cada sección o anillo, excepto el más alto, tienen una sección transversal con una forma que recuerda a la letra N. Dos de los elementos forman una cubeta profunda y estrecha para contener agua, en la cual el elemento de «inmersión» (dip) del anillo situado inmediatamente arriba sube y baja.

AUTOMÁTICO DE LA HORNALLA.

La labor de alimentar las retortas con carbón y retirar el coque es sumamente pesada. En la ilustración de la p. 400 (hecha a partir de una excelente fotografía tomada por el Sr. F. Marsh, de Clifton) vemos a un hombre dedicado a «extraer» el coque de las retortas a través de las puertas de hierro en sus extremos exteriores.

Hoy en día se emplea maquinaria automática en las grandes fábricas de gas para ambas operaciones. Uno de los cargadores más ingeniosos es el De Brouwer, que se muestra en funcionamiento en la Fig. 198. La máquina está suspendida de un carro elevado que se desplaza sobre rieles a lo largo del frente de las retortas.

El carbón cae en un embudo en la parte superior del tubo telescópico P desde las tolvas del piso superior, las cuales tienen aberturas, H H, controladas por compuertas. Al caer, el carbón es atrapado por una correa de caucho que gira alrededor de una parte de la circunferencia de la rueda grande W y de varias poleas, y es lanzado al interior de la boca de la retorta.

Se puede ver al operador tirando de la palanca que abre la compuerta de la tolva situada sobre el tubo de alimentación, y encendiendo el motor eléctrico de 4 HP que acciona la correa y desplaza la máquina. Uno de estos alimentadores cargará una retorta de 20 pies de longitud en veintidós segundos.

UN REGULADOR DE GAS.

Algunos lectores habrán notado que a altas horas de la noche un mechero de gas, que pocas horas antes ardía con una llama algo débil estando la llave abierta del todo, se vuelve ahora cada vez más vigoroso y finalmente puede avivarse con un siseo.

Esto se debe a que muchos de los mecheros alimentados por la tubería principal que abastece a la casa han sido cerrados y, en consecuencia, hay una mayor cantidad de gas disponible para las llamas que aún siguen encendidas, las cuales experimentan por tanto una mayor presión.

De hecho, la presión del gas en la tubería principal varía constantemente, debido en parte a la irregularidad en el suministro desde el gasómetro, y en parte a que el número de mecheros en funcionamiento no es el mismo durante muchos minutos seguidos.

También debe recordarse que las casas situadas en el extremo del gasómetro de la tubería principal recibirán su gas a una presión mayor que las del otro extremo.

El gas almacenado en los gasómetros puede ser necesario para su uso en las farolas situadas a pocas yardas de distancia, o para otras lámparas situadas a varias millas de distancia. Es evidente, por tanto, que si hay justo la presión necesaria para suministrar un buen caudal a la lámpara más cercana, habrá muy poca a poca distancia más allá, y ninguna en absoluto en el punto extremo; por lo que es necesario aplicar la presión suficiente para vencer la fricción en todas estas millas de tubería, y proporcionar la cantidad justa de gas en el extremo más alejado. De ello se deduce que en todos los puntos intermedios la presión es excesiva.

El gas de calidad media se quema con el mayor rendimiento, en lo que respecta a sus propiedades luminosas, cuando su presión es igual a la de una columna de agua de media pulgada de altura, o sea, alrededor de 1/50 de libra por pulgada cuadrada.

Con menos produce una luz humeante y parpadeante, y con más la combustión también es imperfecta.

Todo suministro doméstico debe estar provisto, por lo tanto, de un regulador de gas para mantener la presión constante. Un regulador de uso frecuente, el Stott, se muestra en sección en la Fig. 199.

El gas entra desde la red general por la derecha y pasa a un codo circular, D, que tiene aberturas superior e inferior cerradas por las válvulas V V. Al eje de la válvula se fija una gran copa metálica invertida, cuyo borde está sumergido en mercurio.

La presión a la que debe actuar el regulador se determina mediante los pesos W con los que se carga el vástago de la válvula en la parte superior. Tan pronto como se excede esta presión, el gas en C C eleva la copa metálica y las válvulas V V se presionan contra sus asientos, cortando así el suministro. El gas no puede escapar de C C, ya que no tiene suficiente presión para abrirse paso a través del mercurio bajo el borde de la copa.

Inmediatamente cuando la presión en C C disminuye, debido a que parte del gas se consume, las válvulas se abren y admiten más gas. Cuando las fluctuaciones de presión son leves, las válvulas nunca se cierran por completo, sino que simplemente estrangulan el suministro hasta que la presión más allá de ellas cae a su nivel adecuado; es decir, dejan pasar exactamente tanto gas como los quemadores en uso pueden consumir a la presión establecida.

Governors of much larger size, but working on much the same principle, are fitted to the mains at the point where they leave the gasometers.

They are not, however, sensitive to local fluctuations in the pipes, hence the necessity for separate governors in the house between the meter and the burners.

EL CONTADOR DE GAS empleado comúnmente en las casas actúa según el principio que se muestra en la Fig. 200. La carcasa hermética está dividida por tabiques horizontales y verticales en tres cámaras de gas, B, C y D.

El gas entra por A y pasa a la cámara de válvulas B. Las válvulas de corredera de esta permiten que pase a C y D, y también a los dos fuelles circulares de cuero E, F, los cuales están unidos a la división central G, pero son completamente independientes el uno del otro.

Supondremos que en la ilustración las válvulas están admitiendo gas en la cámara C y en el fuelle F. La presión en C empuja la cabeza circular de E hacia la división G, expulsando el contenido del fuelle a través de un tubo de salida (no mostrado) hacia los quemadores en funcionamiento dentro de la casa.

Simultáneamente, el inflado de F fuerza el gas de la cámara D también a través de la salida. Las placas de cabeza de los fuelles están unidas a varillas y palancas (no mostradas) que accionan las válvulas correderas en B.

Tan pronto como E está completamente dentro y F completamente expandido, las válvulas comienzan a abrirse y ponen el tubo de admisión en comunicación con D y E, y permiten que el contenido de F y C escape hacia la salida.

Los movimientos del mecanismo de válvulas accionan un tren de ruedas contadoras, visibles a través de una ventana de vidrio en el lateral de la caja. Como los fuelles tienen una capacidad definida, cada carrera que realizan significa que un cierto volumen de gas ha sido eyectado, ya sea de ellos mismos o de las cámaras en las que se mueven: esto queda registrado por el contador.

El aparato tiene prácticamente dos cilindros de doble efecto (de los cuales los extremos de los fuelles son los pistones) que funcionan según el mismo principio que el cilindro de vapor (Fig. 21). Las válvulas tienen tres lumbreras: la central, o de escape, que conduce a la salida; las exteriores, procedentes de la admisión. Los fuelles se alimentan a través de canales en la división G.

ALUMBRADO DE GAS INCANDESCENTE.

La introducción de la lámpara de arco eléctrico y de la bombilla incandescente pareció en su momento augurar la perdición del gas como agente de iluminación.

Pero la aparición en 1886 del manguito incandescente de Welsbach para los quemadores de gas abrió una próspera era en la historia del alumbrado por gas.

La luminosidad de una llama de gas depende del número de partículas de carbono liberadas en su interior y de la temperatura a la que dichas partículas pueden calentarse al pasar a través de la zona exterior, intensamente caliente, de la llama.

Enriqueciendo el gas en carbono se produce una mayor cantidad de luz, hasta cierto punto, con una llama de una temperatura dada. Para aumentar el calor de la llama se probaron diversos métodos antes de la introducción del manguito incandescente, pero se comprobó que eran demasiado efímeros para tener valor comercial.

Por consiguiente, los inventores buscaron métodos mediante los cuales se pudiera obtener la emisión de luz a partir del gas de hulla independientemente de la incandescencia de las partículas de carbono en la propia llama; y, paso a paso, se descubrió que el gas podía emplearse mejor meramente como agente calefactor, para llevar a la incandescencia a sustancias que poseyeran una emisividad de luz superior a la del carbono.

El Dr. Auer von Welsbach descubrió que las sustancias más adecuadas para los manguitos incandescentes eran los óxidos de ciertos metales raros, el torio y el cerio.

El manguito se fabrica sumergiendo un cilindro de red de algodón en una solución de nitrato de torio y cerio, que contiene un 99 por ciento del primer metal y un 1 por ciento del segundo. Cuando las fibras están suficientemente empapadas, se saca el manguito, se escurre y se coloca sobre un molde para que se seque.

A continuación, se sostiene sobre la llama de un gas Bunsen y se quema el algodón, mientras los nitratos se convierten en óxidos. El manguito ya está listo para su uso, pero es muy frágil, por lo que debe someterse a una nueva inmersión en una solución de algodón pólvora y alcohol, para que resista lo suficiente como para ser empaquetado.

Cuando se va a utilizar, se cuelga sobre el quemador mediante un hilo de asbesto tejido en la parte superior, se aplica fuego en la parte inferior y se quema el colodión, sin dejar más que los óxidos resistentes al calor.

El quemador utilizado con un manguito está construido según el principio de Bunsen.

El gas se mezcla, al salir del surtidor, con suficiente aire para que su combustión sea perfecta. Todo el carbono se quema y la llama, aunque casi invisible, es intensamente caliente. Los óxidos del manguito convierten la energía térmica de la llama en energía lumínica. Esto se prueba no solo por la intensa blancura del manguito, sino por el hecho de que el calor que emana de la chimenea del quemador no es ni con mucho tan grande cuando el manguito está en su posición como cuando no está.

El manguito incandescente se utiliza cada vez más extensamente. En Alemania, el 90 por ciento del alumbrado de gas emplea el sistema incandescente, y en Inglaterra, aproximadamente el 40 por ciento.

Podemos observar, como un interesante ejemplo de la fortuna cambiante de la invención, que el quemador de gas, antaño condenado, ha reemplazado en muchos casos —gracias al manguito de Welsbach— a las lámparas eléctricas incandescentes que debían condenarlo.

# Capítulo XX.

VARIOUS MECHANISMS.

Relojes y cronómetros:—Breve historia de los relojes—La construcción de los relojes—La fuerza motriz—El escape—Péndulos compensadores—El volante regulador—El escape de cilindro—El escape de áncora—Volantes compensados—Mecanismo de cuerda sin llave para relojes—El tren de engranajes de la aguja horaria. Cerraduras:—La cerradura Chubb—La cerradura Yale. La bicicleta:—La desmultiplicación de la bicicleta—El piñón libre—El cambio de marchas. Máquinas agrícolas:—La trilladora—Segadoras. Algunos fenómenos naturales:—Por qué varía la intensidad del calor solar—Las mareas—Por qué la marea alta varía diariamente.

RELOJES.

BREVE HISTORIA DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DEL TIEMPO.

El dispositivo más antiguo para medir el tiempo es el reloj de sol. El de Acaz, mencionado en el segundo Libro de los Reyes, es el cuadrante más antiguo del que se tiene registro. Los obeliscos de los egipcios y las curiosas columnas de piedra de la era druídica también sirvieron probablemente como proyectores de sombras.

La clepsidra, o reloj de agua, también de gran antigüedad, fue el primer ingenio para medir el transcurso de las horas independientemente del movimiento de la tierra. En su forma más sencilla, era un recipiente en el cual el agua caía gota a gota, con marcas de los niveles de las horas en su interior. Posteriormente se le añadió un mecanismo muy sencillo para mover un indicador: un flotador con una cremallera vertical que engranaba con un diente en el eje del indicador; o bien un cordón que partía del flotador, pasaba por una polea acoplada al indicador y lo hacía girar a medida que el flotador ascendía, a la manera del barómetro de esfera (Fig. 153). En el año 807 d. C., Carlomagno recibió del rey de Persia un reloj de agua que daba las horas. Se describe de este modo en la "Historia de Francia" de Gifford:—"La esfera estaba compuesta por doce puertecillas que representaban la división de las horas. Cada puerta se abría a la hora que debía representar, y de ella salía un pequeño número de bolitas que caían una a una, a iguales intervalos de tiempo, sobre un tambor de latón. Se podía saber qué hora era a la vista por el número de puertas que estaban abiertas, y al oído por el número de bolitas que caían. Al llegar las doce, salían simultáneamente doce jinetes en miniatura que cerraban todas las puertas".

Los relojes de arena se introdujeron alrededor del año 330 d. C. A excepción de propósitos especiales, como medir el tiempo de los sermones y cocer huevos, no han tenido ningún valor práctico.

La clepsidra sugirió naturalmente a la mente mecánica la idea de accionar un mecanismo para registrar el tiempo mediante la fuerza de gravedad actuando sobre algún cuerpo que no fuera agua.

La invención del reloj de pesas se atribuye, como muchas otras cosas, a Arquímedes, el famoso matemático siciliano del siglo III a.C.; sin embargo, no existe registro de ningún reloj real compuesto de ruedas accionadas por un peso antes del año 1120 d.C.

Así pues, podemos tomar dicho año como el inicio de la era del reloj tal como lo conocemos.

Hacia 1500, Peter Hele de Núremberg inventó el muelle real como sustituto de la pesa, y el reloj de bolsillo apareció poco después (1525 d. C.).

El péndulo fue adoptado por primera vez para controlar el movimiento de las ruedas por Christian Huygens, un distinguido mecánico holandés, en 1659.

A Thomas Tompion, «el padre de la relojería inglesa», se le atribuye el honor de haber adaptado por primera vez una espiral al escape de un reloj, hacia el año 1660. También introdujo el escape de cilindro, hoy en día tan comúnmente utilizado en los relojes baratos.

Aunque desde su época se han introducido muchas mejoras, Tompion fabricó relojes de pared y de bolsillo que eran excelentes guardatiempos, y como recompensa por los beneficios conferidos a sus semejantes durante su vida, se le concedió, tras su muerte, el excepcional honor de recibir sepultura en la Abadía de Westminster.

LA CONSTRUCCIÓN DE RELOJES.

Un reloj contiene tres elementos principales:—(1) La fuente de energía, que puede ser un peso o un muelle; (2) el tren de ruedas accionado por la fuerza motriz; (3) el agente para controlar los movimientos del tren —esto en los relojes grandes suele ser un péndulo, en los relojes pequeños y de pulsera, un volante regulador—. A estos se puede añadir, en el caso de los relojes, el mecanismo para dar las horas.

LA FUERZA MOTRIZ.

Las pesas se emplean únicamente en relojes grandes, como los que se encuentran en vestíbulos, torres y observatorios. La gran ventaja de utilizar pesas es que se ejerce una fuerza motriz constante.

Los muelles ocupan mucho menos espacio que las pesas y son indispensables para los relojes portátiles. Su empleo causó problemas a los primeros experimentadores debido a la disminución de fuerza que acompaña necesariamente al desenroscamiento de un muelle armado.

Jacob Zech de Praga superó la dificultad en 1525 con la invención del caracol, una especie de polea cónica interpuesta entre el tambor —o cilindro circular que contiene el muelle real— y el tren de ruedas que el muelle debe accionar. El principio del mecanismo de «tambor y caracol» se comprenderá a partir de la Fig. 201.

El muelle real es una larga cinta de acero fijada por un extremo a un árbol (el nombre que da el relojero al eje o husillo), alrededor del cual está enrollada apretadamente. El árbol y el muelle se introducen en el tambor. Se impide que el árbol gire mediante un trinquete, B, y una uña, por lo que el muelle, en su esfuerzo por desenroscarse, hace girar el tambor.

Una cuerda de tripa de gato (o una cadena muy fina) está conectada por un extremo a la circunferencia del tambor, y enrollada a su alrededor, estando el otro extremo fijado al extremo más ancho del caracol, el cual se une a la rueda motriz del reloj de bolsillo o de pared mediante la intervención de un trinquete y su uña (no mostrados).

Para dar cuerda al muelle, el caracol se hace girar hacia atrás por medio de una llave aplicada en el extremo cuadrado A del árbol del caracol, y esto arrastra la cuerda desde el tambor hacia el caracol.

La fuerza del muelle hace girar el caracol tirando de la cuerda que hay en él, espira a espira, y acciona así el tren de engranajes. Pero mientras el muelle real, al estar completamente armado, hace girar el caracol desenrollando la cuerda desde la parte más pequeña del caracol, obtiene la ventaja de un radio mayor a medida que su energía disminuye.

El caracol todavía se utiliza en cronómetros marinos, en algunos relojes que tienen muelle real y péndulo, y ocasionalmente en relojes de bolsillo o pulsera.

En estos últimos se ha vuelto innecesario debido a la introducción del tambor motriz por parte de los relojeros suizos, quienes formaron dientes en el borde del tambor del muelle real para accionar el tren de engranajes.

Este tipo de tambor se denomina "motriz" porque acciona el reloj durante la operación de cuerda, la cual se realiza girando el árbol del tambor al que está fijado el extremo interior del muelle. Un trinquete impide que el árbol sea girado hacia atrás por el muelle.

La adopción del tambor motriz se ha vuelto satisfactoria gracias a las mejoras en los diversos mecanismos de escape.

EL ESCAPE.

El resorte o el peso transmite su fuerza mediante un tren de engranajes al escape, o dispositivo para regular la velocidad a la que han de girar las ruedas. En los relojes se suele usar un péndulo como agente controlador.

Galileo, cuando era estudiante en Pisa, observó que ciertas lámparas colgantes de la catedral oscilaban en sus cuerdas a un ritmo constante; y al investigarlo descubrió el principio de que cuanto más corto es un péndulo, más rápidamente oscila de un lado a otro. Como ya se ha observado, Huygens aplicó por primera vez este principio al control de los relojes.

En la fig. 202 tenemos una representación simple del escape de «reposo» (dead-beat) comúnmente usado en los relojes. La rueda de escape está montada en el eje del último engranaje del tren de transmisión, y el áncora, en un eje del cual depende un brazo bifurcado que abraza la varilla y el péndulo.

Debemos tener cuidado de señalar que el péndulo únicamente controla el movimiento; no lo produce.

La rueda de escape gira en el sentido de las agujas del reloj. Las dos paletas a y b están diseñadas de tal modo que solo una puede apoyarse en los dientes al mismo tiempo.

En el croquis, el extremo inclinado de b acaba de ser empujado hacia arriba por la presión de un diente. Esto hace oscilar la paleta y el péndulo. El momento de inercia de este último hace que a descienda, y en el instante en que b se libera de su diente, a atrapa y retiene otro.

El lado izquierdo de a, llamado cara de reposo, forma parte de un círculo, de modo que la rueda de escape se mantiene inmóvil mientras lo toque; de ahí el término «escape de reposo» (dead beat)—es decir, detenido por completo.

Cuando el péndulo oscila de vuelta hacia la izquierda, bajo la influencia de la gravedad, a se eleva y libera el diente. La rueda da un golpe seco al girar, y otro diente es atrapado por la cara de reposo de b.

De nuevo el péndulo oscila hacia la derecha, y el extremo inclinado de b es empujado hacia arriba una vez más, dando al péndulo un nuevo impulso. Este proceso se repite mientras dure la fuerza motriz —durante semanas, meses o años, según el caso— y el mecanismo siga en buenas condiciones de funcionamiento.

PÉNDULOS COMPENSADORES.

El metal se dilata al calentarse; por lo tanto, un péndulo de acero que tenga la longitud exacta para regular un reloj correctamente a una temperatura de 60° se volvería demasiado largo a los 80°, retrasando el reloj, y demasiado corto a los 40°, haciendo que se adelante.

En los relojes comunes, la varilla del péndulo suele ser de madera, la cual mantiene una longitud casi constante a todas las temperaturas ordinarias. Pero para los relojes de gran precisión se requiere algo más eficaz.

Graham, socio de Thomas Tompion, aprovechó el hecho de que diferentes tipos de metal tienen distintas proporciones de dilatación para producir un péndulo autocompensador según el principio ilustrado por la Fig. 203. Utilizó acero para la varilla y formó la lente, o extremo con peso, con un frasco de vidrio que contenía mercurio sujeto en un estribo; teniendo el mercurio una altura tal que, a medida que la varilla del péndulo se alargaba con un aumento de temperatura, el mercurio se dilataba hacia arriba lo suficiente como para mantener siempre la misma distancia entre el punto de suspensión y el centro de gravedad de la lente.

Con una caída de temperatura, la varilla seacortaba, mientras que el mercurio descendía en el frasco. Este dispositivo no ha sido mejorado y todavía se utiliza en observatorios y otros lugares donde se requieren instrumentos de medición del tiempo de extrema precisión. La tuerca estriada S de la Fig. 203 está ajustada en el extremo de la varilla del péndulo para permitir la regulación exacta de la longitud del mismo.

Para relojes, cronómetros y relojes pequeños

EL RESORTE REGULADOR toma el lugar del péndulo. Todavía tenemos una rueda de escape con dientes de una forma adecuada para dar impulsos al agente regulador.

Hay dos formas de escape de resorte, pero como ambas emplean una espiral y un volante, les echaremos un vistazo antes de continuar.

El hairspring está hecho de una cinta de acero muy fina, templada con extrema elasticidad y con forma de espiral. El extremo interior está unido al eje del balance-wheel, y el extremo exterior a un pitón que sobresale de la pletina del reloj.

Cuando el volante regulador, impulsado por el escape, gira, enrolla el muelle. La energía así almacenada ayuda a que la rueda gire en sentido contrario durante el bloqueo de un diente de la rueda de escape.

El tiempo que ocupan el enrollado y el desenrollado depende de la longitud del muelle. La fuerza del impulso no altera en nada esto. Un impulso fuerte hace que el muelle se enrolle más de lo que lo haría uno débil; pero, dado que se almacena más energía, el proceso de desenrollado se acelera.

Para decirlo de manera muy sencilla: un impulso fuerte mueve el volante regulador más lejos, pero lo hace girar rápidamente; un impulso débil lo mueve a una distancia más corta, pero lo hace girar lentamente. De hecho, el principio del péndulo es también el del hairspring; y la duración de una vibración depende de la longitud de la varilla en un caso y del muelle en el otro.

El movimiento se transmite al volante por uno de dos métodos. Ya sea (1) directamente, mediante un escape de cilindro; o (2) indirectamente, a través de un áncora.

EL ESCAPE DE CILINDRO se muestra en la Fig. 204. La rueda de escape tiene dientes afilados montados sobre vástagos. (Se ha quitado un diente para mostrar el vástago). El volante está montado sobre un pequeño cilindro de acero, al que se le ha recortado parte de la circunferencia a la altura de los dientes, de modo que si se viera desde arriba parecería a en nuestra ilustración.

Un diente está comenzando a introducir su punta bajo el borde más cercano de la abertura. A medida que es empujado hacia adelante, b gira en el sentido de las agujas del reloj, armando el espiral.

Cuando el diente ha pasado el borde más cercano, avanza rápidamente y golpea el interior de la pared más lejana del cilindro, lo cual lo retiene mientras el espiral se desarma. El diente ahora se abre paso más allá del otro borde, acelerando el desenrollado, y, al escapar, el siguiente diente salta hacia adelante y es detenido por el exterior del cilindro.

El volante invierte ahora su movimiento, recibe la ayuda del diente, se arma, bloquea el diente, y así sucesivamente.

EL ESCAPE DE ÁNCORA es algo más complicado. Los dientes de la rueda de escape son bloqueados y desbloqueados por las paletas P P¹ que sobresalen de una áncora que se mueve sobre un pivote (Fig. 205). El extremo del áncora está horquillado y tiene una muesca cuadrada en él. En el árbol del volante hay un rodillo o plato, R, que lleva una pequeña clavija, I. Dos clavijas, B B, que sobresalen de la platina del reloj evitan que el áncora se mueva demasiado. Debemos observar además la pequeña clavija C en el áncora y una muesca en el borde del rodillo.

En la ilustración, un diente acaba de pasar bajo la «cara de impulso» b de P¹. La palanca se ha desplazado hacia arriba en su extremo derecho; y su extremo ahorquillado ha comunicado un impulso a R y, a través de esta, al volante de inercia. El muelle se arma. El pasador C impide que la palanca caiga, ya que el rebaje ya no se encuentra enfrente, sino que presiona sobre la circunferencia de R.

A medida que el muelle se desarma, golpea la palanca en el momento en que el rebaje y C están enfrentados. La palanca es empujada hacia abajo y el diente, que había sido detenido por la cara de retención a del áncora P, presiona ahora sobre la cara de impulso b, haciendo subir el extremo izquierdo de la palanca. El pasador de impulso I recibe un golpe que ayuda al desarmado del muelle, y C vuelve a bloquear la palanca. Lo mismo se repite en direcciones alternas una y otra vez.

VOLANTES DE COMPENSACIÓN.

El relojero ha tenido que superar la misma dificultad que el relojero de torre con respecto a la dilatación del metal en el agente regulador. Cuando una rueda metálica se calienta, sus radios se alargarán y la llanta se alejará del centro.

Ahora bien, supongamos que tenemos dos varillas de igual peso, una de tres pies de largo y la otra de seis pies de largo. A un extremo de cada una le sujetamos un peso de 2 libras.

Nos resultará mucho más fácil agitar la varilla más corta hacia adelante y hacia atrás rápidamente que la otra. ¿Por qué? Porque el peso de la varilla más larga ejerce más palanca sobre la mano que el de la varilla más corta.

Del mismo modo, si, mientras la masa de la llanta de una rueda permanece constante, la longitud de los radios varía, el esfuerzo necesario para hacer girar la rueda de un lado a otro a un ritmo constante debe variar también.

Graham resolvió la dificultad con el péndulo mediante el péndulo compensador. Thomas Earnshaw la dominó en las ruedas mediante el volante compensador, utilizando el mismo principio, a saber, la expansión desigual de diferentes metales. Cualquiera que posea un reloj compensado verá, al detener el pequeño volante, que tiene dos radios (Fig. 206), cada uno de los cuales lleva un semicírculo de aro casi completo unido a él. Un examen detallado muestra que el aro está compuesto por una tira exterior de brass soldada a un forro interior de acero. El elemento de latón se expande más con el calor y se contrae más con el frío que el acero; de modo que, cuando los radios se alargan por un aumento de temperatura, las piezas se curvan hacia adentro en sus extremos libres (Fig. 207); si la temperatura baja, los radios se acortan y las piezas del aro se curvan hacia afuera (Fig. 208).

Este ingenioso dispositivo mantiene la palanca del borde constante dentro de límites muy precisos. Los tornillos S S se insertan en el borde para equilibrarlo correctamente, y se realiza un ajuste muy preciso mediante los cuatro diminutos pesos W W. En los cronómetros de los barcos,⁴⁰ las piezas del borde están subcompensadas hacia sus extremos libres para contrarrestar pequeños errores en la compensación primaria. Tan delicada es la compensación que un retraso o adelanto diario de solo medio segundo es a menudo el límite del error.

MECANISMO DE CUERDA SIN LLAVE PARA RELOJES.

El inconveniente inherente al reloj de cuerda por llave hizo que los fabricantes suizos lanzaran al mercado, en 1851, relojes que prescindían de una llave independiente.

Aquellos de nuestros lectores que lleven relojes sin llave estarán interesados en saber cómo se efectúa la cuerda y el ajuste de las agujas mediante el pequeño botón estriado encerrado en el interior del anillo del pendiente.

Hay dos formas de mecanismo remontoir de «barrilete deslizante»—(1) La barra basculante; (2) el manguito desplazable. El dispositivo de la barra basculante se muestra en las Figs. 209, 210. La cabeza estriada M hace girar un engranaje, G, que está siempre engranado con un engranaje, F. Este engranaje engrana con otros dos, A y B, montados en cada extremo del balancín R, que se mueve sobre el pivote S. Un muelle, S P, sujeto a la platina del reloj, presiona contra un pequeño pivote en la barra basculante y mantiene a A normalmente engranado con C, montado en el árbol del muelle real.

Para dar cuerda al reloj, se gira M de modo que imprima a F un movimiento en sentido antihorario.

Los dientes de F presionan ahora A hacia abajo y la mantienen engranada con C mientras se da cuerda. Un trinquete de muelle (marcado en negro sólido) impide que el muelle se desenrolle (Fig. 209). Si se gira F en sentido horario, levanta A y evita que engrane con los dientes de C, por lo que no se somete a C a ninguna tensión.

Para poner en hora las manecillas, se presiona hacia adentro el botoncito P con el pulgar (fig. 210) de modo que se deprima el extremo derecho de R y se ponga B engranado con D, el cual a su vez mueve E, montado en el extremo del eje de la manecilla de los minutos. Las manecillas se pueden mover ahora en cualquier dirección girando M. Al soltar el botoncito, las ruedas de carga vuelven a engranar.

El mecanismo de manguito deslizante (shifting sleeve) tiene un piñón cónico en el lugar de G (Fig. 209) que engrana con la rueda dentada del muelle real. El eje del botón M es redondo por donde pasa a través del cono y puede girar libremente en su interior, pero es cuadrado en su parte inferior. En la parte cuadrada va montado un pequeño embrague deslizante con dientes en la parte superior que corresponden a los otros dientes de la parte inferior de la rueda cónica, y dientes similares a los de G (Fig. 209) en el extremo. El embrague tiene una ranura tallada en la circunferencia, y en ella descansa el extremo de una palanca de resorte que puede ser presionada por el pulsador. El mecanismo se parece mucho, a pequeña escala, al cambio de marchas de un automóvil (Fig. 49). Normalmente, el embrague es empujado hacia arriba por el resorte en la parte cuadrada del eje del botón para engranar con el cono y las ruedas de cuerda. Al presionar el embrague mediante el pulsador, este engrana con el piñón de la aguja minutera y se desacopla del cono.

En una de las formas de este mecanismo se prescinde de la pieza de empuje, y el piñón de la rueda de minutos se engrana tirando de la corona hacia arriba.

EL TREN DE LA AGUJA HORARIA.

Los dientes del tambor del muelle real engranan con un piñón en el eje de la manecilla de los minutos, el cual también lleva uno de los piñones del tren del escape. El escape permite que el eje gire una vez por hora.

La fig. 211 muestra mediante un diagrama cómo se logra esto. El eje de la manecilla de las horas A (en negro macizo) puede girar dentro del piñón B, impulsado por el tambor del muelle real. Este lleva un piñón, C. Este engrana con un piñón, D, que tiene tres veces más dientes. El piñón E, unido a D, impulsa al piñón F, que tiene cuatro veces más dientes que E. Al piñón F está sujeto el collarín G de la manecilla de las horas. F y G giran por fuera del eje de la manecilla de los minutos. Al girar A, C hace girar a D y E, E hace girar a F y a la manecilla de las horas, la cual gira a ⅓ de ¼ = 1⁄12 de la velocidad de A.⁴¹

CERRADURAS.

En estos mecanismos, por desgracia necesarios, se ha gastado un gran ingenio. Con el avance del lujo y la creciente adoración por la riqueza, resulta cada vez más necesario proteger las pertenencias de los miembros menos escrupulosos de la sociedad.

La forma más sencilla de cerradura, como la que se encuentra en los escritorios y artículos muy baratos, funciona según el principio que se muestra en la Fig. 212. El cerrojo está partido por la parte trasera, y la parte superior doblada hacia arriba para formar un resorte. El borde inferior tiene dos muescas cortadas en él, separadas por una protuberancia curvada. La llave simplemente presiona el cerrojo hacia arriba contra el resorte, hasta que la muesca, al engancharse con el marco, lo mueve hacia atrás o hacia adelante hasta que el resorte empuja el extremo hacia abajo en la otra muesca. Este dispositivo primitivo ofrece, por supuesto, muy poca seguridad. Un avance se observa en el

CERRADURA DE TAMBORES.

El cerrojo ahora solo puede moverse en dirección horizontal. Tiene una abertura practicada en él con dos muescas (figs. 213, 214). Detrás del cerrojo se encuentra el retenedor T (indicado por la línea de puntos), articulado en el ángulo sobre un pasador. De la cara del retenedor sobresale un pivote, S, que atraviesa el orificio del cerrojo. Este pivote es empujado hacia una u otra de las muescas por el muelle, S¹, que presiona sobre el extremo del retenedor.

En la Fig. 213 la llave está a punto de accionar el mecanismo de cierre. El diagrama siguiente (Fig. 214) muestra cómo la llave, al entrar en la muesca del lado inferior del cerrojo para desplazarlo, eleva también el pivote de la guardas dejándolo libre de la protuberancia situada entre las dos muescas. Para cuando el cerrojo ha sido completamente "echado", la llave sale de la muesca inferior y permite que el pivote de las guardas caiga en la muesca de cierre posterior.

Una cerradura de este tipo también puede ser abierta con mucha facilidad, ya que el ganzuador solo tiene que levantar el pestillo y mover el cerrojo. La cerradura de Barron, patentada en 1778, tenía dos pestillos y dos pasadores; y la abertura del cerrojo tenía muescas tanto en la parte superior como en la inferior (Fig. 215). Esto hacía necesario que ambos pestillos se levantaran simultáneamente a la altura exacta. Si uno u otro no se levantaba lo suficiente, un pasador no podía superar su muesca inferior; si alguno subía demasiado, encajaba en una muesca superior. Por lo tanto, las probabilidades estaban en contra de que una llave falsa pudiera abrir la cerradura.

LA CERRADURA CHUBB es una ampliación de este principio. Por lo general, tiene varias guardas de la forma que se muestra en la Fig. 216. El pitón de estas cerraduras sobresale del pestillo mismo, y las aberturas, o «ranuras», por las que debe pasar el pitón a medida que se mueve la cerradura, están cortadas en las guardas.

Se observará que la muesca delantera de la guarda tiene estrías cuadradas en los bordes. Estas encajan con estrías similares en el pitón del pestillo e imposibilitan levantar la guarda si el pestillo comienza a moverse demasiado pronto cuando se introduce una llave incorrecta.

La Fig. 217 es una llave Chubb con ocho Zuhnen. La más cercana a la cabeza (8) acciona una cortina giratoria circular que impide la introducción de herramientas de ganzuado cuando se introduce la llave y se gira parcialmente, ya que la ranura para la llave de la cortina deja de estar enfrente de la de la cerradura. El Zuhn 1 mueve el pestillo.

Para correr el cerrojo, la altura de los palones de la llave debe estar tan proporcionada a la profundidad de sus guardas que todas las muescas de las guardas se levanten simultáneamente al nivel correcto para que el tetón pase a través de ellas, como en la Fig. 218.

Aquí observará que la guarda D del extremo derecho (levantada por el palón 2 de la llave) tiene un tetón, D S, que sobresale de ella por encima de las demás guardas. Esta es la llamada guarda detectora.

Si se introduce una llave falsa o una herramienta de ganzuado, es seguro que levantará una de las guardas demasiado. El detector es entonces sobrelevado por el tetón D S, y un trinquete de resorte cae en una muesca en la parte posterior. Ahora es imposible ganzuar la cerradura, ya que el detector solo puede ser liberado mediante la llave correcta al correr el cerrojo un poco más en la dirección de cierre, momento en el cual una saliente en la parte posterior del cerrojo levanta el trinquete y permite que la guarda caiga.

El detector también muestra que la cerradura ha sido manipulada, ya que ni siquiera la llave correcta puede mover el cerrojo hasta que se haya realizado el sobrebloqueo.

Cada muesca de guarda de una llave Chubb grande puede recibir una de treinta alturas diferentes; la muesca del pestillo, una de veinte.

¡Con tan solo trasponer el orden de las muescas en una llave de seis muescas es posible obtener 720 combinaciones diferentes. Al disminuir o aumentar las alturas, ¡las combinaciones posibles pueden elevarse al enorme total de 7.776.000!

LA CERRADURA YALE, procedente de América, funciona según un sistema muy diferente. Su característica más destacada es que permite el uso de una llave muy pequeña, aunque el número de combinaciones posibles sigue siendo enorme (varios millones).

En nuestras ilustraciones (Figs. 219, 220, 221) mostramos el mecanismo que controla el giro de la llave. La entrada de la llave es una ranura estrecha y retorcida en la cara de un cilindro, G (Fig. 219), que gira dentro de un cilindro fijo más grande, F.

A medida que se introduce la llave, las muescas de su borde superior elevan los pasadores A¹, B¹, C¹, D¹, E¹ hasta que sus partes superiores alcanzan exactamente la superficie de G, el cual ahora puede ser girado por la llave en la Fig. 220, y accionar el cerrojo por medio del brazo H. (El cerrojo en sí no se muestra.)

Si se introduce una llave incorrecta, o bien algunos de los pasadores inferiores sobresaldrán hacia arriba en el cilindro fijo F (véase la Fig. 221), o bien algunos de los pasadores de F se hundirán en G. Entonces resulta imposible girar la llave.

Existen otras cerraduras muy conocidas, como las inventadas por Bramah y Hobbs. Pero como estas no se prestan fácilmente a la ilustración, no se puede dar una descripción detallada.

Podríamos, sin embargo, mencionar la cerradura de tiempo, que se programa para una hora determinada y solo se puede abrir con la llave correcta o con una combinación de varias llaves cuando se alcanza dicha hora.

Otro dispositivo muy interesante es la cerradura de combinación automática. Esta puede tener veinte o más llaves, cualquiera de las cuales puede cerrarla; pero debe usarse la misma para descerrarla, ya que la llave configura automáticamente el mecanismo a su favor. Con una cerradura así sería posible tener una llave diferente para cada día del mes; y si alguna llave caía en manos equivocadas, sería inútil a menos que fuera casualmente la que cerró por última vez la cerradura.

EL CICLO.

Hay algunas características de este útil y en cierto modo maravilloso invento que conviene señalar.

• Primero,

THE GEARING OF A CYCLE.

Para no pocas personas, la expresión «desarrollo de 70 pulgadas», o de 65, o de 80, según sea el caso, no transmite nada excepto el hecho de que cuanto mayor es el desarrollo, más rápido se debería poder viajar. Examinemos, por tanto, el significado de dicha frase antes de seguir adelante.

La bicicleta de seguridad siempre está «desmultiplicada hacia arriba» (o geared up), es decir, una vuelta de los pedales hace girar la rueda trasera más de una vez. Para obtener la proporción exacta de velocidad de giro, contamos los dientes del plato grande y los dientes del piñón pequeño sujeto al buje de la rueda trasera, y dividimos el primero entre el segundo.

Para poner un ejemplo: el número de dientes es 75 y 30 respectivamente; por lo tanto, la relación de velocidad = 75⁄30 = 5⁄2 = 2½. Una vuelta del pedal hace girar la rueda trasera 2½ veces.

El desarrollo de la bicicleta se calcula multiplicando este resultado por el diámetro de la rueda trasera en pulgadas. Así, una rueda de 28 pulgadas daría en este caso un desarrollo de 2½ × 28 = 70 pulgadas.

Una vuelta de los pedales en una máquina con este desarrollo impulsaría al ciclista tan lejos como si fuera en una alta «ordinaria» con los pedales unidos directamente a una rueda de 70 pulgadas de diámetro.

El desarrollo se aumenta o se reduce alterando la relación numérica de los dientes de los dos platos de la cadena. Si por la rueda de 30 dientes sustituyéramos una de 25 dientes, el desarrollo sería—

75⁄25 × 28 pulgadas = 84 pulgadas.

Una fórmula útil para recordar es: gearing = T/t × D, donde T = dientes del plato grande; t = dientes del piñón pequeño; y D = diámetro de la rueda motriz en pulgadas.

Dos de las mejoras más importantes añadidas recientemente al ciclo son: (1) La rueda libre; (2) el cambio de velocidades.

EL FREE WHEEL (rueda libre) es un mecanismo que permite a la rueda motriz adelantarse a los pedales cuando el ciclista deja de pedalear; hace que la rueda motriz sea "libre" con respecto al mecanismo de transmisión. Es un trinquete especialmente adecuado para este tipo de trabajo.

De entre los muchos modelos que se comercializan actualmente, seleccionamos el buje de rueda libre Micrometer (Fig. 222), que es sumamente sencillo. La rueda de trinquete R está fijada al buje de la rueda motriz. El pequeño plato de cadena (o "corona dentada", como se le llama a menudo) gira por fuera de este, sobre una serie de bolas que corren en una ranura labrada en el cuello del trinquete. Entre estas dos piezas se encuentran los quetes, de forma semilunar.

Se supone que la rueda motriz está en el lado más alejado del trinquete. Para impulsar la bicicleta, el plato de cadena se gira en el sentido de las agujas del reloj. Tres de los seis quetes engranan inmediatamente con las muescas del trinquete y se mantienen firmemente en su lugar por la presión del plato de cadena en sus extremos posteriores. Los otros tres se encuentran en una posición intermedia.

Cuando el ciclista deja de pedalear, el plato se detiene, pero el trinquete continúa girando. Los trinquetes no ofrecen resistencia a los dientes de la rueda dentada, los cuales los empujan hacia las cavidades semicirculares del plato. Cada uno se eleva al pasar sobre un diente. Es evidente que la fuerza motriz no puede volver a transmitirse a la rueda de la carretera hasta que la rueda de la cadena gire lo suficientemente rápido como για alcanzar al trinquete.

EL MECANISMO DE CAMBIO DE VELOCIDAD.

Una ganancia en velocidad significa una pérdida en potencia, y viceversa. Mediante la multiplicación de los desarrollos de una bicicleta somos capaces de hacer que la rueda motriz gire más rápido que los pedales, pero a expensas de perder control sobre la rueda motriz.

• Una bicicleta de desarrollo largo es rápida en llano, pero sube mal las cuestas.
• La máquina de desarrollo corto se muestra en desventaja en terreno llano, pero es buena para subir cuestas.

De igual modo, la locomotora expreso debe tener grandes ruedas motrices, y la de mercancías, pequeñas ruedas motrices, para desempeñar adecuadamente sus funciones especiales.

Para viajar rápido por terreno llano y, sin embargo, poder subir cuestas sin un esfuerzo excesivo, debemos ser capaces de hacer lo que hace el automovilista: cambiar de marcha.

Los cambios de dos y tres velocidades se instalan ahora muy comúnmente en las bicicletas. Todos funcionan según el principio del tren epicicloidal de ruedas dentadas; los mecanismos están diseñados de tal modo que el buje gira más lentamente, a la misma velocidad o más rápidamente que el plato pequeño,⁴² según el deseo del ciclista.

No nos proponemos hacer más aquí que explicar el principio del tren epicicloidal, que significa «una rueda sobre (o rodando alrededor de) otra rueda».

Coloque una regla de un pie sobre la mesa y haga rodar un cilindro a lo largo de ella con la ayuda de una segunda regla, paralela a la primera, pero apoyada sobre el cilindro. Se descubrirá que, mientras el cilindro avanza seis pulgadas, la regla superior avanza el doble de esa distancia. A falta de fricción, el trabajo realizado por el agente que mueve la regla superior es igual al realizado para vencer la fuerza que se opone al movimiento de avance del cilindro; y como la distancia que recorre el cilindro es solo la mitad de aquella por la que avanza la regla superior, se deduce que la fuerza que debe actuar sobre la regla superior es solo la mitad de grande que la vencida al mover el cilindro. El carretero hace uso de este principio cuando pone su mano en la parte superior de una rueda para ayudar a su carro a superar un obstáculo.

Ahora veamos cómo se aplica este principio al cambio de marchas.

La regla inferior se reemplaza por una rueda dentada, C (Fig. 223); el cilindro por un diente, B, que gira a su alrededor; y la regla superior por un anillo, A, con dientes internos. Podemos suponer que A es el plato de cadena, B un diente montado en un pasador que sobresale del buje, y C un diente fijado al eje fijo. Es evidente que B no girará alrededor de C tan rápido como lo hace A.

La cantidad en la que A se adelantará a B se puede calcular fácilmente. Comenzamos con las ruedas en la posición que se muestra en la Fig. 223. Un punto, I, en A está exactamente sobre el punto más alto de C. Por conveniencia, primero supondremos que, en lugar de que B gire alrededor de C, B gira sobre su eje una revolución completa en el sentido de las agujas del reloj, y que A y C se mueven como en la Fig. 224.

Si B tiene 10 dientes, C 30 y A 40, A se habrá movido 10⁄40 = ¼ de vuelta en el sentido de las agujas del reloj, y C 10⁄30 = ⅓ de vuelta en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Ahora, volviendo a lo que realmente sucede, podremos comprender hasta qué punto A gira alrededor de C en relación con el movimiento de B, cuando C está fijo y B rueda (Fig. 225).

B avanza ⅓ de la distancia alrededor de C; A avanza ⅓ + ¼ = 7⁄12 de la distancia alrededor de B.

Las fracciones, si se reducen a un denominador común, son como 4:7, y esto es equivalente a 40 (número de dientes en A): 40 + 30 (dientes en A + dientes en C).

Para dejar al lector con una idea muy clara, resumiremos el asunto de este modo:—Si T = número de dientes en A, t = número de dientes en C, entonces movimiento de A : movimiento de B :: T + t : T.

Aquí tienen un buje de dos velocidades. Contemos los dientes. El plato (= A) tiene 64 dientes internos, y el piñón central (= C) en el eje tiene 16 dientes. Hay cuatro piñones (= B) equidistantes, que giran sobre pasadores que sobresalen del cuerpo del buje entre A y C. ¿Cuánto más rápido que B gira A alrededor de C? Aplíquese la fórmula:—Movimiento de A: movimiento de B:: 64 + 16: 64. Es decir, mientras A da una vuelta, B y el buje y la rueda motriz girarán solo 64⁄80 = ⅘ de vuelta. Para emplear un lenguaje científico, B gira un 20 por ciento más lento que A.

Este es el desarrollo que utilizamos para subir cuestas. En llano, queremos que la rueda motriz gire tan deprisa como el plato, o incluso más rápido. Para hacer que gire a la misma velocidad, tanto A como C deben girar juntos. En un sistema muy conocido, esto se logra deslizando C a lo largo del eje de la rueda hasta que se desengrana del eje, y un extremo se bloquea con la placa que transporta A.

Dado que B ahora está siendo arrastrado por la parte inferior además de por la superior, ya no puede girar sobre su propio eje, y todo el mecanismo gira en bloque; es decir, mientras A da una vuelta completa, B hace lo mismo.

Para obtener un aumento de desmultiplicación, las cosas deben disponerse de tal manera que la transmisión se efectúe desde la rueda de cadena hasta B, y desde A hasta el buje.

Mientras B describe un círculo, A y la rueda motriz giran completando un círculo y una parte de un círculo —es decir, la rueda motriz gira más rápido que el buje.

Dado el mismo número de dientes que antes, las proporciones relativas serán A = 80, B = 64, de modo que el engranaje aumenta un 25 por ciento.

Por medio de un mecanismo adecuado, la potencia se transmite en un cambio de tres velocidades, ya sea (1) de la rueda de cadena a A, de A a B, de B a la rueda = marcha larga [bajo nota: en español suele ser "corta" o "baja", pero mantendremos la fidelidad]; o (2) de la rueda de cadena a A y C simultáneamente = marcha directa, normal o intermedia; o (3) de la rueda de cadena a B, de B a A, de A a la rueda = marcha alta. En los cambios de dos velocidades se omite la opción 1 o la 3.

MÁQUINAS AGRÍCOLAS.

LA MÁQUINA DE TRILLA.

El pan no sería tan barato como lo es si el flajelo siguiera siendo el único medio para separar el grano de la paja. Lo que la centrifugadora de leche ha hecho por la industria lechera (p. 384), la trilladora lo ha hecho por la agricultura. Por consiguiente, se debe reservar una página o dos para este útil invento.

En la Fig. 226 se ofrece una sección longitudinal muy completa de la máquina.

Después de cortar las ataduras de las gavillas, estas últimas son introducidas en la boca del cilindro A por el alimentador, quien se sitúa en la caja de alimentación en la parte superior de la máquina.

El cilindro gira a una velocidad muy alta y está provisto de batidores estriados que actúan contra un cóncavo de acero, o blindaje, B, desgranándose el cereal de la paja al pasar entre ambos.

El blindaje está provisto de alambres abiertos, a través de los cuales la mayor parte del grano desgranado, las granza (pajitas cortas) y la broza pasa a una tabla inclinada.

La paja es arrojada hacia adelante sobre las sacudidoras C, que gradualmente mueven la paja hacia el extremo abierto y la expulsan. Cualquier grano, etc., que haya escapado del cilindro cae a través de las sacudidoras sobre D, y se desplaza hacia atrás hasta las cribas de banzas, o cedazos móviles, E.

El ventilador principal, por medio de un abanico giratorio, N, envía aire a lo largo del canal X hacia arriba a través de estas cribas, expulsando la paja corta hacia la izquierda. El grano, las cáscaras y el polvo caen a través de E sobre G, sobre cuyo extremo caen hacia la criba de tamo, H. Una segunda columna de aire procedente del ventilador aleja el tamo.

El grano pesado, las semillas, el polvo, etc., caen sucesivamente en I, J y K, y son sacudidos hasta que solo queda el grano para pasar a lo largo de L hacia el fondo del elevador, M.

Una banda sin fin con cangilones adheridos recoge el grano, lo elevas en peso y lo arroja a la tolva P.

Luego pasa a través de los sacudidores Q, R, es desempolvado por el ventilador de la parte trasera, S, y se desliza por T hacia el extremo abierto del tambor de criba rotatorio U, el cual está montado en pendiente, de modo que a medida que gira, el grano se desplaza gradualmente a lo largo del mismo.

La primera mitad de la criba tiene alambres muy juntos. Todo el grano pequeño que cae a través de esta, llamado "terceras", pasa a una tolva y se recoecta en un saco sujeto a la boca de la tolva. Las "segundas" caen a través de la segunda mitad del tambor, más espaciadas, en su saco; y las "primeras" salen por el extremo y a través de un tercer caño.

SEGADORAS-MÁQUINAS.

El cortacésped ordinario emplea un rodillo giratorio, formado por cuchillas dispuestas en espiral, cuyos filos pasan muy cerca de una placa afilada que sobresale del bastidor de la máquina.

Cada hoja, al girar, trabaja a lo largo de la placa, produciendo un corte por cizalladura en cualquier hierba que quede atrapada entre los dos filos de corte. La acción es la de un par de tijeras (Fig. 227), en la que una hoja representa la cuchilla fija y la otra la móvil.

Si colocas un cilindro de madera en las tijeras, este será empujado hacia adelante por el cierre de las hojas y quedará marcado por ellas a medida que avanza por los filos. Lo mismo ocurre con la hierba, que es tan blanda que queda cortada por completo.

CORTADOR DE HENO.

La cortadora de heno es otra adaptación del mismo principio. Una barra de corte se desplaza rápidamente hacia atrás y hacia adelante dentro de un bastidor que avanza a pocas pulgadas del suelo, impulsada por una manivela que acciona el mecanismo de engranajes conectado a las ruedas.

Al borde delantero de la barra van fijadas por un lado varias cuchillas triangulares. El bastidor lleva un número igual de púas orientadas hacia adelante en posición horizontal. La barra de corte actúa a través de las ranuras de estas púas, cuyas cuchillas imprimen un corte por deslizamiento a la hierba atrapada entre ellas y los laterales de las púas.

ALGUNOS FENÓMENOS NATURALES.

POR QUÉ EL CALOR DEL SOL VARÍA EN INTENSIDAD.

Cuanto más perpendicularmente inciden los rayos de calor paralelos sobre una superficie, mayor será el número de ellos que podrán afectar dicha superficie. Esto es evidente a partir de las Figs. 228 y 229, en las que A B se encuentra a una distancia igual en ambos casos. Cuanto más cerca está el sol del horizonte, más oblicuamente inciden sus rayos sobre la tierra.

De ahí que el mediodía sea necesariamente más cálido que la tarde, y que los trópicos, donde el sol se encuentra en lo más alto, sean más calurosos que las zonas templadas, donde, incluso en verano al mediodía, los rayos caen más o menos inclinados.

La envoltura atmosférica que envuelve la tierra tiende a aumentar el efecto de la oblicuidad, ya que un rayo inclinado tiene que viajar más distancia a través de ella y se le roba más calor que a un rayo vertical.

LAS MAREAS.

Todos los cuerpos se atraen mutuamente. La tierra atrae a la luna, y la luna atrae a la tierra. Ahora bien, aunque el efecto de esta atracción no es visible en lo que respecta a la parte sólida del globo, se manifiesta con fuerza en el agua que cubre una gran porción de la superficie terrestre. La luna atrae el agua con mayor potencia en dos puntos, el más cercano a ella y el más alejado de la misma; tal como se muestra a una escala exagerada en la Fig. 230. Puesto que la tierra y el agua giran como una sola masa diariamente sobre su eje, cada punto de la circunferencia estaría a diario más cerca y más lejos de la luna a intervalos regulares, y dondequiera que haya océano habría dos mareas en ese período, si la luna fuera estacionaria con respecto a la tierra. (Debe entenderse claramente que las mareas no son grandes corrientes, sino meros abultamientos de la capa acuosa. La entrada abrupta de la marea se debe al aumento temporal del nivel).

POR QUÉ LA MAREA ALTA VARÍA DIARIAMENTE.

La luna da una vuelta alrededor de la tierra una vez cada veintiocho días. En la Fig. 231, el punto a es el más cercano a la luna, digamos, a las doce del mediodía. Al cabo de ve habrá llegado a la misma posición según la brújula, pero aún así no estará más cerca de la luna, la cual en ese período ha avanzado 1/28 de revolución alrededor de la tierra.⁴³ Por consiguiente, la marea alta no se producirá hasta que a haya alcanzado la posición b y haya alcanzado a la luna, por decirlo así, lo que toma en promedio una hora más o menos. Esto explica por qué la marea alta se produce a intervalos de más de doce horas.

MAREAS MUERTAS Y MAREAS VIVAS.

El Sol, así como la Luna, atrae al océano, pero con menor potencia, debido a que se encuentra mucho más lejos. En ciertos períodos del mes, el Sol, la Tierra y la Luna están alineados. El Sol y la Luna tiran entonces conjuntamente, y obtenemos las mareas más altas, o vivas (Fig. 232). Cuando el Sol y la Luna tiran en ángulo recto el uno respecto a la otra —es decir, en el primero y tercer cuartos—, la protuberancia causada por la Luna se aplana (Fig. 233), y obtenemos las mareas más bajas, o muertas (Fig. 233).