Fruslería científica


El ferrocarril atmosférico: historia de un fracaso (2)

Fragmento preservado del ferrocarril de South Devon, Didcot Railway Centre, Oxfordshire. (Imagen CC-BY-SA Rosser1954).
Fragmento preservado del ferrocarril de South Devon, Didcot Railway Centre, Oxfordshire. (Imagen CC-BY-SA Rosser1954).

En la primera entrega de esta serie vimos cómo nació el concepto de ferrocarril atmosférico. En teoría era muy prometedor, pero un conocido dicho de ingenieros afirma que «el papel lo aguanta todo». ¿Cómo resultaría en la práctica?

Del papel a la realidad

La primera implementación práctica, una línea de demostración de algo menos de un kilómetro de trayecto, fue realizada en un descampado de Londres por los hermanos Joseph y Jacob Samuda y Samuel Clegg en 1840. Desde allí, dio el salto a Dalkey, en las proximidades de Dublín, en Irlanda. Allí, una línea de 2,8 kilómetros comenzó a operar en 1843. Allí también fue donde una de las grandes figuras de la ingeniería decimonónica, Isambard Kingdom Brunel, lo pudo contemplar por primera vez en funcionamiento.

Brunel fue un carismático ingeniero inglés con un no menos carismático nombre, nacido en 1806 y muerto en 1859. Destacó en el diseño de puentes y viaductos, y fue responsable del túnel más largo de su época (el túnel Box, en Wiltshire). Construyó el Great Western Railway (GWR) y su cabecera, la estación de Paddington en Londres. Cambiando por completo de medio de transporte, revolucionó el transporte marítimo sustituyendo las ruedas laterales por hélices, que se demostraron más eficientes. Fue también el primero en diseñar barcos completamente de acero; un avance clave frente a la madera tradicional.

Su fama en el mundo ferroviario se debe, fundamentalmente, a su GWR. Tenía un espectacular ancho de vía de 7 pies y cuarto de pulgada (2140 milímetros); entendía que la calidad de la marcha sería mejor a altas velocidades y podría acomodar mejor calderas anchas en sus locomotoras de vapor. Sin embargo, la historia no le dio la razón: la tecnología de la tracción con vapor avanzó, haciendo innecesarios anchos tan inmensos. Las calderas se pudieron construir también «a lo largo», con lo que no tuvieron que hacerse más anchas para ofrecer mayores potencias, y los gálibos de vía podían mantenerse en valores más comedidos.

Un ancho mayor hacía más cara la construcción de la vía, de modo que los anchos menores terminaron prevaleciendo. Una comisión parlamentaria en 1846 decidió que lo mejor era estandarizar el ancho de 4 pies y 8 pulgadas y media (1435 milímetros, el actual «ancho estándar») frente al ancho de Brunel, salvo para líneas tributarias de la GWR. En 1861 ya se asumía que el ancho de Brunel había perdido la guerra y se introdujo vía con tres carriles en Paddington, para poder operar con trenes normales. Como era de esperar, la gestión en doble ancho hacía la operación ferroviaria más compleja y cara; el último tramo en uso comercial del ancho de Brunel se desmontó en 1892.

Brunel contra los elementos

Fragmento preservado del ferrocarril de South Devon, Didcot Railway Centre, Oxfordshire. (Imagen CC-BY-SA Rosser1954).
Isambard Kingdom Brunel ante las cadenas de botadura del S.S. Great Eastern. (Imagen: Robert Howlett).

Los hermanos Samuda «vendieron» la idea del ferrocarril atmosférico a Brunel, que puso en marcha su ferrocarril atmosférico en 1847, en un ramal de la GWR, la South Devon Railway. La nueva línea se planteó a los inversores como una alternativa más barata a un trazado de ferrocarril convencional. El ferrocarril atmosférico permitiría superar mayores pendientes y describir curvas más cerradas; además, su seguridad intrínseca frente a las colisiones hacía posible construirlo como una línea de vía única y no, como era el uso de la época, como una vía doble con una de ellas reservada para los trayectos de ida y la otra, para los de vuelta.

Al principio, los servicios se realizaban tanto con trenes de vapor como atmosféricos, pero las locomotoras de vapor fueron retiradas en la segunda mitad del año. Sin embargo, nunca se consiguió que el sistema fuera fiable. Los trenes se quedaban «sin fuelle» de un modo extremadamente literal, llegando a pararse. Los retrasos eran habituales, y la línea quedaba en ocasiones fuera de servicio durante días enteros. Pero los costes de la operación del sistema también eran un problema. Calculándolos por tren-kilómetro para poder comparar líneas distintas, se vio que superaban en un 25 por ciento al precio de alquiler de las locomotoras de la GWR. ¡Y estos incluían, naturalmente, un margen de beneficios!

Los costes de operación de las estaciones de bombeo fueron también superiores a lo previsto: no se instaló, en un principio, una línea de telégrafo prevista para transmitir a los operarios las órdenes de puesta en marcha, con lo que las máquinas de vapor arrancaban en función de los horarios previstos de paso de los convoyes. Los retrasos hacían que estuvieran funcionando mucho más tiempo del estrictamente necesario.

Por último, los costes de reposición de componentes en la línea resultaron ser mucho más elevados de lo previsto. La ranura longitudinal de la parte superior del tubo estaba protegida con pestañas de cuero engrasadas con sebo. Esta pestaña, muy cara, era el elemento clave del sistema. En invierno se saturaba con la humedad, se hinchaba y se congelaba, perdiendo sus propiedades sellantes. En verano pasaba tres cuartos de lo mismo: la exposición al sol secaba y agrietaba el cuero. Además, al parecer, los taninos del cuero reaccionaban con el metal del tubo, causando un deterioro temprano.

Cambiar las pestañas tras las heladas del invierno de 1847-48 se presupuestó en 32000 libras; ¡casi 4,5 millones de euros hoy, para 32 kilómetros de recorrido! Los hermanos Samuda, responsables por contrato de la fiabilidad del sistema atmosférico, abogaron por la instalación de unas tapas protectoras que el tren debía levantar a su paso para después cerrarse automáticamente. Este invento, engorroso, ruidoso, propenso a averías y oneroso por derecho propio, no llegó a desplegarse.

La prensa

Ferrocarril atmosférico de Dalkey, Irlanda.
Ferrocarril atmosférico de Dalkey, Irlanda.

En la prensa de la época, el ferrocarril atmosférico de Brunel fue acogido con una mezcla de entusiasmo y escepticismo. La aventura de la South Devon Railway se dio pronto en llamar «el lío atmosférico de Brunel». Robert Stephenson, el gran ingeniero ferroviario rival, hijo y colaborador de George Stephenson, constructor de la mítica locomotora Rocket y, pese a todo esto, amigo de Brunel, hizo pública su postura desde el primer momento: el ferrocarril atmosférico quizá podría hacerse funcionar para líneas cortas, pero no sería práctico en líneas troncales, más largas.

En el negociado de la rumorología, circulaban historias en prensa de damas que perdían sus pañuelos, absorbidos por la ranura del tubo. También se vio un relato bastante folclórico de trenes que, en el primer viaje de cada día, desalojaban con su pistón cientos de cadáveres de ratas que habían acudido por la noche al tubo con el propósito de alimentarse del sebo que engrasaba la pestaña de cuero de la ranura. Sin embargo, no hay pruebas fehacientes de que esto sucediera realmente, o de que al menos no fuera una exageración.

Los accionistas

El proyecto del ferrocarril atmosférico de Brunel, como todos los demás de la época, se llevó adelante mediante financiación privada. Esto hizo que, en una junta general de accionistas a finales de agosto de 1848, los defectos y sobrecostes tuvieran que ser afrontados de una forma expeditiva. Brunel, juiciosamente, recomendó desde principios de verano no prolongar la línea —había un plan de continuación hacia Plymouth—. En la junta, presionado por la realidad de los costes y la escasa fiabilidad, terminó por proponer el abandono del sistema atmosférico y continuar explotando la línea con locomotoras convencionales, tal y como comenzó a hacerse desde principios del año anterior. En apenas unos días del mes de septiembre, la maquinaria de las estaciones de bombeo se revendió para otros usos. El tubo se desmanteló y fue vendido como chatarra al mismo proveedor que lo había suministrado.

La debacle fue costosa: tras desmontar el sistema atmosférico y volver a las operaciones con locomotoras convencionales se registraron unas pérdidas de alrededor de medio millón de libras, unos 68 millones de euros de hoy. Por su parte, Brunel sufrió críticas considerables, pero pudo salvar su reputación. Sus proyectos posteriores, entre los que se contó el buque S.S. Great Eastern —que sirvió como el primer buque cablero de la historia, tendiendo el primer cable de comunicaciones entre Europa y Estados Unidos—, y sobre todo el primer hospital de campaña construido por módulos prefabricados y desplegado durante la guerra de Crimea, le granjearon de nuevo el favor de los medios y el público.

Parecía que el ferrocarril atmosférico había fracasado, pero George Medhurst había planteado dos variantes de la tecnología, y una de ellas estaba todavía sin probar. ¿Intentaría alguien introducir un tren entero por un tubo? ¿Acaso no es esto parecido a las actuales propuestas para construir un hyperloop? Acompañadme en la siguiente entrada de esta serie.

Vacunas anti COVID-19 (1). Hitos de Ciencia, 2020

(Continuación) Le dejaba ayer con algunas “cara y cruz” de la cienciadel pasado año y, nuevamente desde mi particular punto de vista le digo hoy que 2020, quizás, visto con la perspectiva que da un paso anual de tiempo, se constituya en una singularidad de la historia científica de la humanidad.

Una historia, por cierto, con casi una manita de siglos de existencia, y una singularidad, sin duda alguna y por ahora, sobrevenida para mal, quiero decir para nada bueno, pero que en no mucho tiempo y con alguna duda eso sí, será para bien, o sea para algo bueno. O eso creo o quiero creer, que al fin y al cabo viene a ser lo mismo.

Y de todos esos logros de la ciencia del 2020, puede que exista cierto consenso en admitir entre los exégetas de la cosa, que ninguno de ellos supera la magnitud de los avances generados en el campo de la obtención y producción de vacunas que permiten combatir la enfermedad del COVID-19.

Vacunas contra reloj

Una de las pandemias infecciosas más agresivas del último siglo, para la que la comunidad científica ha creado y empezado a fabricar medicamentos y vacunas en un plazo inimaginable de tiempo, uno tan corto que, hasta ahora, hubiera parecido del todo imposible.  

Un desarrollo que ha sentado un precedente histórico en la comunidad científica, en lo que respecta a la investigación y colaboración, médicas y tecnológicas, a nivel internacional. Nunca antes se había puesto en juego tanto (dinero, talento, esfuerzo), por parte de tantos (gobiernos, industria, investigadores, organizaciones sin ánimo de lucro), en tan poco tiempo (¿doce meses?) y para un mismo y único empeño (acabar con el coronavirus SARS-CoV-2).

Jamás antes, tantos competidores habían coordinado su afán para colaborar de forma abierta y frecuente, y con un éxito tan espectacular, a la hora de realizar ensayos clínicos a gran escala que, de forma simultánea, condujeran a obtener tantas vacunas candidatas para una misma enfermedad.

Que es una nueva amenaza mundial por supuesto, pero que, dicho sea de paso, no es ni con mucho una de las pandemias más mortíferas hayan azotado a nuestra especie a lo largo de la historia de la humanidad. Afortunadamente.

Haciendo algo de memoria

Lo que sí es seguro es que la celeridad con la que se han creado y producido las vacunas, constituye en sí mismo todo un testimonio de la capacidad potencial y diversa de la ciencia, la tecnología y la técnica actual. Un testigo con el que arranca una nueva era en el diseño de vacunas.

Y de la que, de ningún modo, debemos dejar de reseñar que se inició en las postrimerías del siglo pasado, hace ahora treinta y cinco años cuando, en 1986, el bioquímico y empresario chileno Pablo Valenzuela (1941), pionero en el desarrollo de la biotecnología, produjo una vacuna contra la hepatitis B utilizando la técnica del ADN recombinante. Al César lo que es del César…(Continuará)

[*] Introduzcan en [Buscar en el blog] las palabras en negrilla y cursiva, si desean ampliar información sobre ellas.

Vacaloquio. - Quilo de Ciencia

Vacaloquio - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com

La enfermedad de las vacas locas saltó a los medios de comunicación a finales de los años 90 como una amenaza para la humanidad. Esta enfermedad infecciosa es producida por una sola molécula de proteína que animales y humanos poseemos en nuestro cuerpo. La proteína, mal plegada, podía ser ingerida al consumir carne de vaca infectada “de ahí el nombre de vacas locas” y producía daños irreparables en el cerebro. En diciembre del año 2000 Jorge Laborda escribía un pequeño artículo sobre la enfermedad de las vacas locas. Ahora sabemos que, como resultado de la ingesta de carne derivada de las vacas enfermas, hasta el año 2018 se produjeron solo 231 casos de la enfermedad en humanos. Sin duda, para tan pocos casos, la alarma fue considerable en la época, nada que ver con los varios millones de muertos que llevamos ya por la infección con el SARS-Cov-2, el famoso coronavirus.

Van der Waals: firma y rubrica (181)

Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), físico y docente neerlandés conocido por su aportación en la ecuación de estado de gases y líquidos, por la que obtuvo el Premio Nobel de Física en 1910.

[*] Introduzcan en [Buscar en el blog]las palabras en negrilla y cursiva, si desean ampliar información sobre ellas.

¿De dónde viene el nombre de las notas musicales?

Da gusto escuchar a Ramón Gener. Y qué gusto de televisión bien hecha. Espero que lo disfrutéis.

El ferrocarril atmosférico: historia de un fracaso (1)

Planos del ferrocarril atmosférico de los hermanos Samuda.

En la Inglaterra de Jorge III, «el rey loco», un ingeniero e inventor llamado George Medhurst registró una primera patente en la que concebía el uso de bombas de vacío en un tubo para mover un vehículo. ¿Un hyperloop steampunk? Si estáis al día de los avances en el sector del transporte, podría disculparos por pensarlo. Los apologistas del invento de Elon Musk gustan de sacar a la palestra antecedentes más o menos remotos (como el vactrain o tren al vacío de Robert Goddard, pionero de la cohetería estadounidense) para revestirse de cierto pedigrí intelectual, de modo que ¿por qué no? Los orígenes perdidos nos fascinan.

Sin embargo, no es el caso. Medhurst sentó las bases de una bestia diferente, el ferrocarril atmosférico, que nació y murió en el siglo XIX… Con alguna pequeña excepción. Pero ¿en qué consistía este medio de transporte que quiso revolucionarlo todo a mediados del siglo del vapor? ¿Y por qué fracasó? Acompañadme en esta interesante historia.

Los comienzos

Medhurst fue un adelantado a su tiempo. Su primera patente data de 1799, en la que habla de un «motor Eólico» (Aeolian engine). El nombre, hoy, nos choca; la palabra «eólico, a» está casi totalmente confinada al ámbito de la generación de energía por el viento. En el final del siglo XVIII y comienzos del XIX, sin embargo, no era tan raro calificar de «eólica» a cualquier tecnología que, hoy, llamaríamos «neumática» —si bien ya entonces se solía preferir esta palabra—. Los motores «eólicos» de Medhurst siguieron desarrollándose, al menos sobre el papel, en sus escritos y patentes publicados desde el comienzo del siglo XIX hasta su muerte, en 1827. Medhurst planteó dos variantes para su tecnología: trenes completos dentro de tubos con un diámetro de treinta pies (algo más de nueve metros) y tubos más pequeños con un pistón que empujaría un tren más convencional, ubicado fuera del tubo.

La idea era simple: una máquina de vapor bombearía aire, extrayéndolo de un tubo. Dentro de él, un tren, haciendo de pistón, bloquearía el paso entre dos zonas: una a presión atmosférica normal, y otra a menor presión. El aire a mayor presión empujaría el tren hacia la zona parcialmente evacuada igual que el líquido sube por una pajita al sorber. Cuando el tren rebasara la válvula por la que la máquina extractora estuviera conectada al tubo, esta se detendría y se abriría la válvula al aire exterior; una máquina situada más adelante en el camino arrancaría y tomaría su lugar para mantener la diferencia de presiones y, por tanto, el movimiento del vehículo.

Medhurst se dio cuenta de que evacuar, siquiera parcialmente, el aire de un tubo de treinta pies de diámetro podría ser una propuesta difícil de aceptar para las limitadas máquinas de vapor de la época, así que concibió también la posibilidad de mover el tren con un tubo mucho más estrecho, situado entre sus raíles. Por él se desplazaría, del mismo modo, un pistón. Este pistón tendría que estar conectado al tren de algún modo. El mecanismo que propuso Medhurst fue engañosamente simple: un vástago conectaría el pistón al tren. Naturalmente, el tubo debería tener una ranura longitudinal, normalmente cerrada para mantener la diferencia de presión con el aire de fuera, pero que tendría que abrirse y volver a cerrarse al paso del vehículo.

El ferrocarril atmosférico estaba a punto de nacer. Curiosamente, casi a la vez que el ferrocarril sin más apellidos, al menos tal y como lo conocemos.

El tren

Rampa en el extremo occidental del Diolkos. (Imagen CC-BY-SA Heinz Schmitz).
Rampa en el extremo occidental del Diolkos. (Imagen CC-BY-SA Heinz Schmitz).

Es conocida la historia de cómo el ferrocarril, al principio, no fue ferro y tan solo era carril. Hay documentados desde el siglo XVI sistemas de vagonetas traccionadas por animales o personas, de forma directa o indirecta (tirando de cuerdas mediante poleas). Sin embargo, el concepto del transporte guiado es mucho más antiguo. El Δίολκος (Diolkos) de Corinto era un camino hecho con piedra caliza y con ranuras marcadas para el paso de plataformas que transportaban nada menos que barcos por el istmo de Corinto, los seis kilómetros de tierra que unen el Peloponeso con el resto de Grecia.

Se cree que el Diolkos empezó a funcionar a finales del siglo VII o principios del VI antes de nuestra era. Lo hizo durante más de seiscientos años, al menos hasta el siglo I de la era común. En el año 67 el emperador Nerón ordenó comenzar las obras de una primera versión del canal actual para sustituir al Diolkos. Las obras, sin embargo, fueron canceladas apenas un año después por su sucesor —Galba— debido a su coste astronómico.

Para usar la infraestructura, los barcos se arrastraban a tierra por rampas y se cargaban en plataformas para trasladarlos entre el mar Jónico y el Egeo evitando la circunnavegación del Peloponeso, bastante peligrosa para los estándares de la época. Aristófanes usaba la frase «rápido como un corintio» en sus obras teatrales; se ha calculado que los barcos podían hacer la travesía en tres horas con menos de ciento cincuenta personas tirando de cuerdas, en el caso de los trirremes más grandes.

Lo que entendemos hoy como ferrocarril es, naturalmente, una invención del siglo XIX. Tenemos claro cómo era: una máquina de vapor con ruedas tirando de vagones. La imagen arquetípica es la de la locomotora Rocket de George Stephenson. Pero eso ocurrió en 1829. Antes, otros pioneros habían intentado adaptar la máquina de vapor de James Watt a una plataforma móvil, pero la adherencia entre rueda y carril fue al principio un problema muy serio, así como soportar el peso de una máquina así sobre raíles, sin que estos se rompieran, se hundieran o se desplazaran.

¿Por qué tenía sentido?

El tren en la década de los treinta del siglo XIX era un sistema en plena eclosión. Las carreteras de la época no estaban preparadas para soportar un comercio masivo, y crear nuevos caminos de hierro apareció como una opción muy atractiva para absorber la cada vez mayor demanda de transporte de mercancías hacia y desde los centros fabriles, así como de viajeros entre las ciudades. Sin embargo, la tecnología todavía estaba por afinar. Los costes constructivos de las nuevas líneas dominaban sobre los de operación, y por tanto los inversores buscaban maneras de ahorrar en lo posible. Las primeras locomotoras tenían una relación peso-potencia pobre y necesitaban rutas lo más rectas posible para aprovechar sus capacidades al máximo. Así, cualquier solución que permitiera aligerar los trenes o trazar rutas más sencillas de construir —rodeando obstáculos— podría ser interesante.

El ferrocarril atmosférico usaba unos vehículos mucho más ligeros que el convencional, ya que no debía transportar a bordo ningún motor. Esto permitía, teóricamente, alcanzar velocidades en el entorno de los 100 km/h, de forma relativamente silenciosa y sin humos. También se podían superar pendientes más inclinadas que las que podía remontar un ferrocarril convencional de la época, o tomar curvas muy cerradas.

Otro problema del tren de entonces era la propensión a los descarrilamientos, que terminó resolviéndose con mejoras en el diseño de las ruedas y los raíles. En este aspecto, el tren atmosférico ofrecía también algo a este respecto: la conexión de los vehículos al pistón dentro del tubo era un elemento de seguridad para mantenerlos sobre los raíles. Además, debido a las peculiaridades del sistema de tracción, era imposible que dos trenes se movieran a la vez en sentidos opuestos; por tanto, las colisiones no podían darse. En un mundo en el que todavía estaban por desarrollar sistemas modernos de señalización y enclavamientos, esto era muy atractivo.

Pero esto era la teoría. ¿Qué sucedería en la práctica? Lo veremos en la siguiente entrada de esta serie.

Hitos de Ciencia, 2020. Prontuario

(Continuación) Le aclaro, por si no cae ahora en lo del merismo, que se trata de una figura retórica con la que, en los estudios bíblicos, se expresa una totalidad mediante la mención de dos partes que constituyen sus extremos.

Sirvan de ejemplos: espacial, “cielo y tierra” por “universo” o “montes y valles” por “paisaje”; temporal, “día y noche" por “todo el tiempo”; y biológico, “carne y sangre” por “humano”. Bueno, pues lo mismo o algo así. Cosas que pasan, también.

La ciencia al rescate

Entre otros, y según mi más que prescindible opinión, esto ha sido de lo mejorcito que produjo la ciencia en el pasado Año del Señor de 2020. Una panoplia que va desde la secuencia genética del nuevo coronavirus por parte de China, a la búsqueda contrarreloj de vacunas contra el SARS-CoV-2, piense que, prácticamente, han transcurrido solo 12 meses desde su hallazgo y comienzo de producción.

Pasando por el pistoletazo de salida dado para ver qué país, la cosa parece estar entre EEUU y China, es el primero en traer a nuestro planeta rocas de Marte, “el planeta rojo”, y por las incógnitas que aún despierta la expansión de nuestra especie por América.

Hasta el desarrollo de la tecnología CRISPR y su posterior reconocimiento con el máximo de los galardones humanos, entiéndase el Nobel, y la detección de la fusión de dos agujeros negros, merced a la generación de ondas gravitacionales detectadas por dos observatorios terrestres, LIGO y Virgo.

Cara y cruz científicas

Y ya que hablamos de nobeles y observatorios astronómicos, sepa que no todo lo que ha dejado el año desde el punto de vista científico han sido buenas noticias. Sabido es que en todas las casas cueces habas y, como dijo el otro, en la mía a calderas.

En esta casa, como muestra le traigo, sólo, un par de ellas. Una, ligada al laureado premio del que nos hemos quedado en la puerta. Lo digo, ya se lo habrá imaginado, por el bioquímico español Francisco Mojicaquien en 1992 descubrió unas secuencias que llamó CRISPR.

La otra (o el otro) haba guarda relación con el cierre y desmantelamiento del radiotelescopio de Arecibo, al que tantos debemos tanto. La suya ha sido una larga y fructífera vida desde que en noviembre de 1963 fuera inaugurado y, en diciembre del 2020, desmantelado.

Algo hay enrocado: ‘Arecibo y ‘Contact’ [CR-120]; ‘DesmontandoArecibo’ [CR-119]; ‘Sónar Calling GJ273b. Destino planetario’. En lo que a mí juventud toca, gracias por tanto Arecibo ‘¿Hay alguien ahí fuera?’(Continuará)


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Pasatiempos. 372 (Solución)

¿Lo recuerda?, estas son las respuestas correctas:

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Visualizando los cambios de presión con una botella

Una manera muy sencilla de comprender cómo cambia la presión a medida que se desciende o se asciende en el agua. Para comprneder todo lo que implica, os recomiendo escuchar el capítulo "Inmersión" de Catástrofe Ultravioleta ;)

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