Un eolipile , eolipile o eolipile , también conocido como motor de Hero , es una turbina de vapor radial simple, sin aspas, que gira cuando se calienta el recipiente de agua central. El par es producido por chorros de vapor que salen de la turbina. El matemático e ingeniero greco-egipcio Héroe de Alejandría describió el dispositivo en el siglo I d.C., y muchas fuentes le atribuyen el mérito de su invención. [1] [2] Sin embargo, Vitruvio fue el primero en describir este aparato en su De architectura . [3]
El aeolipile que Hero describió se considera la primera máquina de vapor o turbina de vapor de reacción registrada . [4] El nombre, derivado de la palabra griega Αἴολος y la palabra latina pila , se traduce como "la bola de Eolo ", siendo Eolo el dios griego del aire y el viento.
Precediendo los escritos de héroe, un dispositivo llamado aeolipile fue descrita en el siglo 1 aC por Vitruvio en su tratado De architectura ; sin embargo, no está claro si es el mismo dispositivo o un predecesor, ya que no menciona partes giratorias. [5]
Física
El eolipilo generalmente consiste en un recipiente esférico o cilíndrico con boquillas dobladas o curvadas en oposición que se proyectan hacia afuera. Está diseñado para girar sobre su eje. Cuando el recipiente se presuriza con vapor, el gas se expulsa por las boquillas, lo que genera un empuje debido al principio del cohete [6] como consecuencia de la 2ª y 3ª de las leyes de movimiento de Newton . Cuando las boquillas, apuntando en diferentes direcciones, producen fuerzas a lo largo de diferentes líneas de acción perpendiculares al eje de los cojinetes , los empujes se combinan para dar como resultado un momento de rotación ( par mecánico ) o torque , lo que hace que el recipiente gire sobre su eje. La resistencia aerodinámica y las fuerzas de fricción en los cojinetes se acumulan rápidamente con el aumento de la velocidad de rotación ( rpm ) y consumen el par de aceleración, anulándolo finalmente y logrando una velocidad de estado estable .
Normalmente, y como Hero describió el dispositivo, el agua se calienta en una simple caldera que forma parte de un soporte para el recipiente giratorio. Cuando este es el caso, la caldera está conectada a la cámara giratoria por un par de tubos que también sirven como pivotes para la cámara. Alternativamente, la cámara giratoria puede servir en sí misma como caldera, y esta disposición simplifica enormemente las disposiciones de pivote / cojinete, ya que entonces no necesitan pasar vapor. Esto se puede ver en la ilustración de un modelo de aula que se muestra aquí.
Historia
Tanto Hero como Vitruvio se basan en la obra mucho anterior de Ctesibius (285-222 a. C.), también conocido como Ktesibios o Tesibius, quien fue un inventor y matemático en Alejandría , Egipto ptolemaico . Escribió los primeros tratados sobre la ciencia del aire comprimido y sus usos en bombas.
Descripción de Vitruvio
Vitruvio (c. 80 a. C. - c. 15 d. C.) menciona aeolipiles por su nombre:
Las Aeolipilae son vasos huecos de bronce, que tienen una abertura o boca de pequeño tamaño, por medio de la cual pueden llenarse de agua. Antes de que el agua se caliente sobre el fuego, se emite poco viento. Sin embargo, tan pronto como el agua comienza a hervir, surge un viento violento. [5]
Descripción del héroe
Hero (c. 10-70 EC) adopta un enfoque más práctico, ya que da instrucciones sobre cómo hacer uno:
No. 50. La máquina de vapor. COLOCAR un caldero sobre un fuego: una bola girará sobre un pivote. Se enciende un fuego debajo de un caldero, AB, (fig. 50), que contiene agua, y se tapa en la boca por la tapa CD; con esto se comunica el tubo curvado EFG, encajando el extremo del tubo en una bola hueca, H K. Frente al extremo G colocar un pivote, LM, apoyado sobre la tapa CD; y deje que la bola contenga dos tubos doblados, que se comuniquen con él en los extremos opuestos de un diámetro, y que estén doblados en direcciones opuestas, siendo las curvas en ángulos rectos y a través de las líneas FG, L M. A medida que el caldero se calienta, se encontrará que el vapor, que entra en la bola a través de EFG, sale por los tubos doblados hacia la tapa y hace que la bola gire, como en el caso de las figuras danzantes. [1]
Uso practico
No se sabe si el eolípilo tuvo algún uso práctico en la antigüedad, y si fue visto como un dispositivo pragmático, una novedad caprichosa, un objeto de reverencia o alguna otra cosa. Una fuente lo describió como una mera curiosidad para los antiguos griegos, o un "truco de fiesta". [7] El dibujo de Hero muestra un dispositivo independiente, y presumiblemente fue pensado como una "maravilla del templo", como muchos de los otros dispositivos descritos en Pneumatica . [ aclaración necesaria ] [1]
Vitruvio, por otro lado, menciona el uso del eolípilo para demostrar las propiedades físicas del clima. Describe el eolipile como
una invención científica [para] descubrir una verdad divina que acecha en las leyes de los cielos. [5]
Después de describir la construcción del dispositivo (ver arriba), concluye:
Así, a partir de este pequeño y muy breve experimento, podemos comprender y juzgar las poderosas y maravillosas leyes de los cielos y la naturaleza de los vientos. [5]
En 1543, Blasco de Garay , científico y capitán de la armada española, supuestamente demostró ante el emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, Carlos V y un comité de altos funcionarios un invento que, según él, podía propulsar grandes barcos en ausencia de viento utilizando un aparato que consistía en de caldera de cobre y ruedas móviles a ambos lados del barco. [8] Este relato fue conservado por los archivos reales españoles en Simancas . [9] Se propone que De Garay utilizó el aeolipile de Hero y lo combinó con la tecnología utilizada en los barcos romanos y las galeras medievales tardías. [8] Aquí, la invención de De Garay introdujo una innovación en la que el aeolipile tenía un uso práctico, que era generar movimiento en las ruedas de paletas, demostrando la viabilidad de los barcos impulsados por vapor. [9] Esta afirmación fue rechazada por las autoridades españolas. [10]
Ver también
- Rueda de Catalina (fuegos artificiales)
- Motor de cohete
- Rueda segner
- Máquina de vapor
- Locomotora de vapor
- Cohete de vapor
Referencias
- ↑ a b c Hero (1851), "Section 50 - The Steam Engine" , The Pneumatics of Hero of Alexandria , traducido por Bennet Woodcroft, Londres: Taylor Walton y Maberly, Bibcode : 1851phal.book ..... W , archivado del original el 11 de febrero de 2012 - a través de la Universidad de Rochester
- ^ Héroe (1899). "Pneumatika, Libro II, Capítulo XI" . Herons von Alexandria Druckwerke und Automatentheater (en griego y alemán). Wilhelm Schmidt (traductor). Leipzig: BG Teubner. págs. 228-232.
- ^ Kirk, William. "El significado geográfico de Vitruvius 'de architectura". Revista Scottish Geographical 69.1 (1953): 1-10.
- ^ "turbina". Encyclopædia Britannica. 2007. Encyclopædia Britannica Online. 18 de julio de 2007 < https://www.britannica.com/technology/aeolipile >.
- ↑ a b c d "De Architectura", Capítulo VI (párrafo 2) de Diez libros sobre arquitectura de Vitruvio (siglo I aC), publicado el 17 de junio de 2008 [1] consultado el 7 de julio de 2009
- ^ Aeolipile
- ^ Gruntman, Mike (2004). Blazing the Trail: La historia temprana de las naves espaciales y los cohetes . Reston, VA: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, Inc. p. 1. ISBN 156347705X.
- ^ a b Kitsikopoulos, Harry (2015). Innovación y difusión tecnológica: una historia económica de las primeras máquinas de vapor . Oxon: Routledge. pag. 5. ISBN 9781138948112.
- ^ a b Stone, Joe (2015). Palacios flotantes de los Grandes Lagos: una historia de los barcos de vapor de pasajeros en los mares interiores . Ann Arbor: Prensa de la Universidad de Michigan. pag. 9. ISBN 9780472071753.
Otras lecturas
- Maloney, Dan (6 de octubre de 2020). "Hacer una versión moderna de un motor de vapor desde la antigüedad" . Hackaday . Consultado el 6 de octubre de 2020 .