Qué es la oxicombustión

Hoy toca post ingenieril. Porque hace muchísimo tiempo que no dedico uno a estos temas.

El de hoy va sobre oxicombustión, como su título indica.

Todos sabemos que para que una combustión tenga lugar hacen falta dos cosas: combustible y comburente. Normalmente el comburente es el oxígeno.

Pero el problema está en que nunca empleamos oxígeno puro, sino aire. El aire tiene, aproximadamente, la siguiente composición:

- Oxígeno: 21%
- Nitrógeno: 78%
- Vapor de agua: variable (0-7%)
- Otros gases: 1%

El oxígeno se consume en la combustión, pero ¿Y los demás?.

Puede decirse que son ladrones de energía. En la combustión se libera energía, y esta es empleada en calentar todos los gases, tanto los derivados de la combustión (CO, CO₂, vapor de agua, etc), como los que apenas participan, en especial el nitrógeno.

¿Cómo se puede aumentar la temperatura de esta combustión? Pues eliminando el aire y empleando como comburente oxígeno casi puro. Quemando el mismo combustible se obtienen temperaturas mucho más altas.

Este sistema no se utiliza de modo generalizado en el mundo de la combustión porque conseguir un gas con altas proporciones de oxígeno supone mayor coste y gasto energético del que luego se ahorra en la oxicombustión. Tan solo cuando es imprescindible una elevada temperatura (procesos de soldadura).

Destrucción de aerogenerador

Ayer 22 de Febrero fue un día muy ventoso en Dinamarca.

Hoy estaba aquí viendo en la tele el canal TV2 danés, y me encuentro con una noticia sobre energía eólica. En este caso, desafortunada y espectacular: Un aerogenerador situado entre las localidades de Hadsten y Hornslet no soporta el viento y es destruido.

Hablo con una amiga danesa, porque yo la tele la veo en danés, pero como que no la entiendo :) .Me comenta que al parecer fallaron los sistemas de frenado y empezó a girar descontroladamente sin ninguna limitación de velocidad.

Se encontraron pedazos a 400 m del lugar. Suerte que este tipo de estructuras suelen estar alejadas de núcleos urbanos. En este caso, las viviendas más cercanas estaban a 700 m.

En un momento dado las palas se partieron, impactaron contra el soporte, y este se rompió. La policía estaba al tanto de esta anomalía y acordonó la zona. No hubieron daños materiales (a parte del propio aerogenerador) ni personales.

Aqui tenéis la noticia y otro video (en danés).

Albert Kahn

Hace tiempo que no escribo un post medianamente interesante sobre ingeniería. Me he liado a hablar de mis viajes y mis cosas y no he contado nada nuevo.

Albert Kahn(1869-1942) fue un arquitecto/ingeniero industrial americano de gran renombre.
Fue uno de los primeros en introducir el hormigón como cerramiento en edificios, sustituyendo a la madera - facilmente inflamable-.

Sus construcciones estaban totalmente orientadas al proceso productivo. La belleza de la construcción no se buscaba. Era algo que debía salir espontáneamente. Fue también de los primeros en reunir un grupo multidisciplinar a su cargo. Así se garantizaba que todo estuviese hecho por expertos en cada campo.

Destacable es la planta de Highland Park(1910), concebida para la Ford y que en su día se empleó para la construcción del mítico Ford-T.

Ford-T. Extraída de la Wikipedia
La planta de Highland Park era un edificio de 4 plantas de 23m de ancho y 262 de largo. La estructura era de hormigón. Para no entorpecer el proceso productivo, todos los servicios auxiliares (oficinas, escaleras, etc) estaban colocados en unas torres junto al edificio para no interferir en la cadena de montaje.


Planta de Highland Park. Extraída de topfoto.co.uk


Extraída de Kohrman Report
Otro de los muchos grandes trabajos es el diseño y construcción del complejo de Glenn L. Martin Aircraft Company, en Middle River, Maryland. Esta compañía era la más puntera en aviación, sirviendo al ejército de los Estados Unidos. Una ampliación era precisa para la construcción de los aviones, y debía ser un espacio enorme y sin ningún pilar por medio.
Y así se hizo, 300x400ft. Unos 90x120m. Un campo de fútbol sólidamente cubierto, y con los conocimientos técnicos de finales de los años 30.

Como era obvio, todo se hizo a lo grande. Se adoptó el uso de vigas Pratt de 90 m de luz y 9 m de canto. Se puso una viga de estas cada 15 metros, y en la dirección perpendicular se emplearon vigas Warren de 15 m de luz (estas se apoyaban sobre las Pratt).


Hangar de la Glenn L Martin Company en Maryland
El 5 de Febrero de 1937 se ordenó una ampliación de más de 40.000 m cuadrados. Por urgencia, debía estar lista para Mayo de ese año. Pero el 23 de Abril entró en funcionamiento.

Diccionario para no iniciados:
*luz: distancia libre sin apoyos.
*canto: altura de la viga.

Cómo funciona una pila. How a battery works

Mucha gente está accediendo a este blog buscando Cómo funciona una pila ó Funcionamiento de una pila eléctrica. El problema es que acaban en el artículo de Cómo funciona una pila de combustible.

Una pila es un dispositivo capaz de generar electricidad a partir de una reacción química. Esta corriente es continua, y no alterna como la que hay en los enchufes de nuestras viviendas.

Veamos los diferentes tipos de pilas y sus reacciones químicas:

Pilas salinas (Leclanché):

• f.e.m.: 1.5 V
• Difícilmente regenerable (no recargable)
• No permite altas intensidades de corriente
  

Pilas alcalinas (Mallory):

• f.e.m.: 1.5 V
• Mayor potencia y duración
  

El KOH puede ser sustituido por NaOH.

Pilas de mercurio (de botón):

• f.e.m.: 1.35 V
• Voltaje más constante
• Larga duración

Pilas de plata:

• f.e.m.: 1.55 V
• Similar a las de mercurio, pero el cátodo es de óxido de plata (Ag2O)
• Mucho más caras

Pilas de Litio:

• f.e.m.: 3-3.5 V
• Fácilmente recargables.
• Muy larga duración

Acumulador de plomo (Gastón Planté, 1859):

• f.e.m.: 2V
• Grandes y pesadas
• Baratas
• Uso de ácido sulfúrico diluido

La diferencia entre una pila y una batería está en la capacidad de recarga.
En las pilas es muy difícil deshacer la reacción química. Por eso solo se emplean una vez. En cambio, en las baterías o acumuladores esta reacción se puede invertir.

Los acumuladores más comunes son los de Plomo-ácido, empleados en automóviles antiguos ó en sistemas fotovoltaicos aislados. En ellos hay electrodos de Plomo en un electrolito compuesto de ácido sulfurico diluido en agua.
Otros acumuladores son los de metal-hidrudo (MH), más caros pero mejores. Estos últimos se emplean en baterías de coche y pilas recargables, entre otros.


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Many people is entering in this blog looking for Cómo funciona una pila (How a batery works). But this people finish going to Cómo funciona una pila de combustible (How a fuel-cell works).

A battery is a device that can generate energy with a chemical reaction. This is a Direct Current, non an Alternated Current as your home.

Let's see the diferents kinds of batteries and their chemical reactions:

General batteries (Leclanché):

• Voltage: 1.5 V
• Non rechargable
• Don't allow high current intensity

Alkaline batteries (Mallory):

• Voltage: 1.5 V
• More power and time working
  

KOH can be changed by NaOH.

Mercury batteries:

• Voltage: 1.35 V
• Very constant voltage
• Long life

Silver batteries:

• Voltage: 1.55 V
• Similar to the mercury ones, but the catode is made of silver oxid(Ag2O)
• Much more expensives

Litium batteries:

• Voltage: 3-3.5 V
• Easily rechargable.
• Very long life

Lead acid batteries (Gastón Planté, 1859):

• Voltage: 2V
• Big and heavy
• Cheap
• Needed diluted sulfuric acid

The more famous batteries are Lead acid ones. Used in old cars or in photovoltaic systems. In them, there are electrodes of lead into an electrolytic medium. This medium is made of sulfuric acid and distilled water.
Others batteries are Nickel - Metal Hidryde (Ni-MH), more expensives but betters.

Factor de seguridad

Un par de ideas sobre el mundillo de la construcción.

Este número es muy usado en el diseño de cualquier cosa.
Cuando un arquitecto diseña un edificio, tiene en cuenta estos datos:

- Peso de la estructura
- Peso de lo que haya dentro: personas, muebles, máquinas, etc.
- Cargas debidas a factores externos: viento, nieve, terremotos
- Resistencia de los materiales
- Otras

Imaginemos que queremos construir una vivienda en una parcela. En ese lugar, en los últimos 10 años, la capa de nieve máxima ha sido de 20 cm y los vientos de 100 km/h.

Con esto el arquitecto realiza unos cálculos y establece las dimensiones de los pilares, los materiales que han de emplearse, etc.

Pero ¿y si se ha equivocado en algo? ¿Y si hubo un error en los cálculos? ¿Y si calculó un tejado con 20 cm de nieve y luego viene un año muy frío y caen 30? La estructura se iría abajo. Recurre a un coeficiente de seguridad. Supone en el cálculo que caerá el doble de nieve (40 cm). Así, aunque un día caigan 30 - algo inusual - no pasaría nada. Ha empleado un coeficiente de seguridad de 2 (20 cm * 2 = 40 cm).

Pero, ¿y si hace más viento algún día? Pues lo mismo. Calcula para vientos de 150 km/h.
Pero, ¿y si dos personas se suben al tejado a poner una antena de televisión?. Vale, pues lo tiene en cuenta.
Pero, ¿y si hay un terremoto de 4 en la escala Ritcher? Pues lo calcula también.
Pero, ¿y si el albañil que construye la obra es una chapuzas y echa el hormigón de cualquier manera quedando algunas burbujas de aire en su interior? Nada, nada, lo tiene en cuenta en los cálculos.
Pero, ¿y si el hormigón no fragua de la manera más óptima quedando con algo menos de resistencia?. Más de lo mismo.

Al final resulta que el pilar que tenía que medir 20 cm de lado (400 cm² de sección) ahora tiene 40 cm (1600 cm² de sección). Entonces, si pasara alguna cosa de las mencionadas, el edificio no caería.

Pero hay algo más curioso aún. La probabilidad de que ocurran estas situcaiones simultáneamente.

- Que el vertido del hormigón se haga no muy correctamente: relativamente frecuente.
- Que, además, el hormigón no frague muy bien y la resistencia sea algo menor: menos frecuente
- Que, además, haya un terremoto: Esto, ya, es muy poco probable.
- Que, ademas, nieven 40 cm de nieve: Que ocurra todo esto, es ya dificilísimo.
- Que, encima, hagan vientos de 150 km/h: Casi improbable.

Ahora bien. ¿Creéis que con 40 cm de nieve, vientos de 150 km/h y un terremoto de 4 en la escala Ritcher, van a subirse dos tíos a poner una antena? Jajaj. Me parece que no. Pero aún así, se calcula.

¡Ey!, No te equivoques. Una cosa es curarse en salud y otra es hacer el animal. Tampoco vayamos a poner una viga de 50 cm de espesor para construirle una caseta a nuestro perro. Hay que buscar un equilibrio entre la seguridad y el coste económico.

Lo que pretendo decir es que las construcciones en las que vivimos normalmente son muy resistentes. Aunque salga una grieta del techo al suelo de nuestra casa, no tiene porqué caerse el edificio. Otra cosa es que puedas meter la cabeza dentro de la grieta. Entonces, echa a correr.

Otra cosa relacionada es el nivel de seguimiento de la obra. Si queremos ahorrarnos dinero podemos construir pilares más estrechos. Lo único es que tendremos que vigilar muy de cerca que los materiales se colocan correctamente y no de cualquier manera. Esto es difícil cuando el arquitecto/ingeniero ha de estar controlando muchas obras simultáneamente.

¿Y qué pasa cuando una estructura se cae? Suele ser por alguna de estas causas.
a) El arquitecto/ingeniero no sabe calcular
b) Ha habido un catástrofe natural que se ha llevado media localidad por delante
c) Que todos los que han intervenido en la obra han sido unos chapuceros impresionantes.

Lo de los coeficientes de seguridad también se aplican en naves industriales, máquinas, aparatos eléctricos, etc. Y el coeficiente de seguridad es mayor cuanto más importante sea lo que protege; mientras que en el cable de un ascensor usaremos un coeficiente elevado (hay vidas en juego), en un cable usado para colgar la ropa no.