James Bicheno Francis (18 de mayo de 1815 - 18 de septiembre de 1892) fue un ingeniero civil británico-estadounidense que inventó la turbina Francis .
James B. Francis | |
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Nació | 18 de mayo de 1815 South Leigh , Oxfordshire, Inglaterra, Reino Unido |
Fallecido | 18 de septiembre de 1892 (77 años) |
Nacionalidad | Británico-estadounidense |
Carrera científica | |
Campos | ingeniero |
Primeros años
James Francis nació en South Leigh , cerca de Witney , Oxfordshire en Inglaterra, Reino Unido. Comenzó su carrera de ingeniería a la temprana edad de 7 años mientras trabajaba como aprendiz de su padre en Porth Cawl Railway and Harbour Works en Gales del Sur . [1] Cuando cumplió 18 años, decidió emigrar a los Estados Unidos, en 1833. Su primer trabajo fue en Stonington, Connecticut como asistente del ingeniero ferroviario George Washington Whistler Jr. , trabajando en el ferrocarril de Nueva York y New Haven. . Un año más tarde, James y su jefe, Whistler, viajaron al norte a Lowell, Massachusetts , [2] donde a la edad de 19 años consiguió un trabajo de dibujante en Locks and Canal Company , y Whistler se convirtió en ingeniero jefe.
Unos años más tarde, en 1837, GW Whistler dimitió y se puso a trabajar en los principales ferrocarriles de Rusia. Antes de partir, Whistler nombró a Francis ingeniero jefe y le vendió su casa en la calle Worthen. Ese mismo año, James se casó con Sarah W. Brownell en Lowell el 12 de julio de 1837. [3] Su primer hijo, James Jr. nació el 30 de marzo de 1840, y luego tuvieron cinco hijos más.
En 1841 llegó su primer gran proyecto para la empresa. Francis debía analizar la cantidad de agua que usaba cada fábrica del molino del sistema de canales de la empresa. Impresionado por sus habilidades, la compañía lo nombró "Gerente de Canales y Esclusas" en 1845. [1]
Como Gerente e Ingeniero Jefe, Francis fue responsable de la construcción del Canal Norte y del Alimentador de la Calle Moody . Estos dos canales, construidos a fines de la década de 1840 y principios de la de 1850, completaron el sistema de canales Lowell de 5.6 millas de largo y aumentaron enormemente su poder industrial de los complejos molinos de la próspera ciudad industrial.
Durante su trabajo en los sistemas Lowell, James también fue consultado sobre muchos otros proyectos de agua en todo el país. Cuando Nueva York necesitó aumentar su suministro de agua, consultó sobre la construcción de la presa Quaker Bridge Dam en el río Croton en Nueva York. También consultó sobre la presa en Saint Anthony Falls en el río Mississippi . [1]
Su hijo James luchó en la Guerra Civil Americana como segundo teniente en 1861. Fue herido en la mano en la Batalla de Antietam como capitán y terminó la guerra en julio de 1865 como teniente coronel . [4]
Fue elegido miembro de la American Philosophical Society en 1865. [5]
Sistema de rociadores contra incendios
En 1845, James Francis desarrolló los primeros sistemas de rociadores jamás ideados en los Estados Unidos. [6] Sin embargo, cualquier uso del sistema inundaría toda la estructura y todo su contenido. No fue hasta 1875 que Henry Parmelee inventó un rociador que activaba solo un cabezal a la vez. [7]
Turbinas
James también se fascinó y jugó con los diseños de turbinas, después de que Uriah A. Boyden demostrara por primera vez su turbina Boyden en Lowell. Los dos ingenieros trabajaron en la mejora de la turbina. Y en 1848, Francis y Boyden mejoraron con éxito la turbina con lo que ahora se conoce como turbina Francis . La turbina de Francis eclipsó a la turbina de Boyden en potencia en un 90%. En 1855, Francis publicó estos hallazgos en los "Experimentos hidráulicos de Lowell". [8]
Control de inundaciones
En 1850, también ordenó la construcción de la Gran Puerta sobre el Canal Pawtucket para proteger los molinos del centro de cualquier inundación devastadora. Este proyecto se conoció rápidamente como "La locura de Francis", dado que nadie creía que funcionaría, y mucho menos que fuera necesario. Pero menos de dos años después, en 1852, las puertas salvaron a la ciudad de Lowell de las devastadoras inundaciones de 1852, y nuevamente en 1936 , 1938 , 2006 y 2007 al evitar que el río Merrimack ingresara al sistema de canales. Sin embargo, los daños provocados por el incendio provocado en la puerta de madera en la década de 1970 y el difícil método de dejarla caer (rompiendo un eslabón de cadena grande) llevaron a la ciudad a utilizar un mamparo de vigas de acero más moderno en su lugar en 2006. la ciudad del gran desastre El Sr. Francis recibió una enorme jarra de plata y una bandeja de la ciudad de Lowell. [9]
En 1886, James B. Francis se asoció con otros dos ingenieros civiles; Eliot C. Clarke y Clemens Herschel para estudiar y publicar sus hallazgos en "Prevención de inundaciones en el valle de Stony Brook", que estableció un sistema de prevención de inundaciones para la ciudad de Boston . El intenso estudio revisó las secciones de la ciudad de Forest Hills , Hyde Park , Franklin Park y Roslindale que estaban sujetas a inundaciones. [10]
Años despues
Francis se mantuvo activo en todos los niveles de participación en la ciudad de Lowell, e incluso se desempeñó como Concejal desde 1862 hasta 1864. [11]
En 1865, James investigó y publicó sus hallazgos sobre el hierro fundido y su uso como columnas estructurales en; "La fuerza de las columnas de hierro fundido".
En 1874, Francis sirvió en el comité de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles para investigar la causa de la ruptura de la presa Mill River en Massachusetts. [12] También en el comité estaban los ingenieros Theodore Ellis y William Worthen. La investigación procedió rápidamente y su informe se publicó un mes después del desastre. Llegaron a la conclusión de que ningún ingeniero era responsable del diseño y que era el "trabajo de personas no profesionales". "Los restos de la presa indican defectos de mano de obra del carácter más grave". [13]
Francis también originó métodos científicos para probar maquinaria hidráulica y fue miembro fundador de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles y su presidente en 1880.
En 1883, James completó sus estándares de cálculo para las tasas de flujo de agua, ahora conocida como la ecuación de Francis o Fórmula de Francis, que generalmente se usa en dinámica de fluidos junto con el cálculo de vertederos . La ecuación esdonde Q es la descarga en pies cúbicos por segundo sobre el vertedero, L es la longitud del vertedero en pies y h 1 es la altura del agua sobre la parte superior del vertedero. [14] [15] [ se necesitan más explicaciones ]
Permaneció en la Compañía de Esclusas y Canal durante toda su carrera, hasta su jubilación en 1884 a la edad de 69 años, y permaneció como consultor hasta su muerte. Su hijo James asumió el cargo de ingeniero jefe. El resto de su vida la pasó con su esposa Sarah y sus seis hijos en su casa en Worthen Street, que era la antigua casa de Whistler y ahora el Museo de Arte Whistler House .
En 1889, Francis también fue llamado al servicio como miembro del comité de la ASCE para examinar la causa del desastre de Johnstown, PA , cuando se rompió la presa de South Fork , matando a más de 2.200 personas. [9] [16] Aunque el informe se completó en enero de 1890, se suprimió inmediatamente y no se dio a conocer a otros miembros de la ASCE o al público hasta mediados de 1891, dos años después de la inundación de 1889. [17] El mismo Francis presentó los resultados de la investigación en la convención de la ASCE en Chattanooga, TN. Los otros tres miembros del comité no asistieron. Aunque el nombre de Francis encabezaba el informe, el presidente de facto del comité era Max Becker, un ingeniero ferroviario con sede en Pittsburgh que prácticamente no tenía experiencia en presas o ingeniería hidráulica. Según James Francis, fue Becker quien retrasó la publicación del informe. En 2018 se publicó una discusión detallada de la investigación de South Fork, los ingenieros participantes y la ciencia detrás de la inundación de 1889. [18]
Francis murió el 18 de septiembre de 1892, a la edad de 77 años, y está enterrado en el cementerio Lowell bajo un enorme pilar de piedras de granito talladas, que simboliza las piedras utilizadas para hacer los canales. [19]
Honores
Por todas sus contribuciones al mundo de la ingeniería y la generosidad personal, se nombran en su honor los siguientes:
- La Facultad de Ingeniería James B. Francis de la Universidad de Massachusetts Lowell ; Maestría, Doctorado y Doctorado en Ing. Títulos de ingeniería e investigación en más de siete programas de ingeniería, incluidos plásticos e ingeniería nuclear. [20]
- Francis Gate, Lowell MA.
- Turbina Francis .
- Francis System; un sistema de rociadores de protección contra incendios temprana .
- Fórmula Francis; describe el agua a medida que pasa por las presas. se utiliza hoy en día en mecánica de fluidos como una ecuación para el cálculo del caudal de agua sobre un vertedero rectangular en términos de longitud y altura.
Usos notables de la turbina Francis
Hoy en día, la turbina Francis es la turbina de agua más utilizada en el mundo, incluida la nueva presa de las Tres Gargantas de China como la segunda central hidroeléctrica más grande del mundo, con una capacidad instalada futura de 22.500 MW. Con la incorporación de la turbina Francis en casi todas las represas hidroeléctricas construidas desde 1900, es responsable de generar casi 1/5 de toda la electricidad del mundo:
- Älvkarleby Hydroelectric Power Station 1911, en Suecia : primera planta hidroeléctrica en el país
- Represa Hoover 1936, Nevada / Arizona - 2.080 MW, mundialmente conocida y una vez fue la central hidroeléctrica más grande del mundo
- Grand Coulee Dam 1942, en Washington - 6.809 MW, la central eléctrica más grande del país
- Dez Dam 1963, en Irán - 520 MW, proyecto importante en el país en el momento de la construcción
- Gordon Dam 1978, en Tasmania - 432 MW, la presa más alta del país
- Central hidroeléctrica Dalešice 1978, en República Checa - 480 MW, la presa más alta del país
- Represa Jinping-I 2013, en China - 3.600 MW, la represa más alta del mundo
- Central generadora Robert-Bourassa 1981, en Canadá - 5.616 MW, la central eléctrica más grande del país
- Represa de Itaipu 1984, en Brasil / Paraguay –14.000 MW, la central eléctrica más grande de América
- Victoria Dam 1985, en Sri Lanka - 210 MW, la presa más alta del país
Referencias
- ^ a b c Publicación del Parque Histórico Nacional Lowell
- ^ Encyclopædia Britannica
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 18 de julio de 2012 . Consultado el 13 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 25 de julio de 2011 . Consultado el 12 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Historial de miembros de APS" . search.amphilsoc.org . Consultado el 19 de abril de 2021 .
- ^ "James B. Francis - Parque histórico nacional de Lowell (Servicio de parques nacionales de Estados Unidos)" . www.nps.gov . Consultado el 11 de octubre de 2019 .
- ^ LA HISTORIA INICIAL DE GRINNELL CORPORATION Y LA INDUSTRIA DE LOS ROCIADORES CONTRA INCENDIOS, compilado por; Jerome S. Pepi Vicepresidente, Investigación y Desarrollo de Productos de Protección contra Incendios, 25 de enero de 1996
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 25 de enero de 2010 . Consultado el 10 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b Ciclopedia anual de Appletons y registro de eventos importantes, Volumen 17
- ^ "Prevención de inundaciones en el valle de Stony Brook: un informe de una Comisión" Por Boston (Mass.). Comisión Stony Brook, James Bicheno Francis
- ^ Contribuciones de la Asociación Histórica de Viejos Residentes, Lowell ..., Volumen 1 Por la Asociación Histórica de Viejos Residentes de Lowell (Mass.)
- ^ Sharpe, Elizabeth M. (2007). A la sombra de la presa, las secuelas de la inundación del río Mill de 1874 . Simon y Schuster. ISBN 978-1-4165-7264-0.
- ^ Francis, James B .; et al. (1874). "El fracaso de la presa en Mill River". Transacciones ASCE . 3 (4): 118-122.
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 13 de junio de 2011 . Consultado el 14 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Horton, Robert E. (1907). Experimentos de vertedero, coeficientes y fórmulas - Revisión del documento No. 150 (Informe técnico). Papel de riego y suministro de agua 200. Washington, DC: Imprenta del gobierno. doi : 10.3133 / wsp200 .
- ^ Coleman, Neil M., U. Kaktins, S. Wojno (2016). "Hidrología Dam-Breach de la inundación de Johnstown de 1889 - desafiando los hallazgos del informe de investigación de 1891" . Heliyon . 2 (6): e00120. doi : 10.1016 / j.heliyon.2016.e00120 . PMC 4946313 . PMID 27441292 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Francis, James B .; et al. (1891). "Informe del Comité sobre la causa de la falla de la presa de South Fork". Transacciones ASCE . XXIV (477): 431–469.
- ^ Coleman, Neil M. (2018). Inundación de Johnstown de 1889: poder sobre la verdad y la ciencia detrás del desastre . Springer International Publishing AG. ISBN 978-3-319-95215-4.
- ^ http://www.nps.gov/lowe/historyculture/upload/JB%20Francis_%20Lowell%20Notes.pdf
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 1 de diciembre de 2006 . Consultado el 11 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
Bibliografía
- Layton, Edwin T. "De la regla empírica a la ingeniería científica: James B. Francis y la invención de la turbina Francis", Serie de monografías de la NLA. Stony Brook, NY: Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Nueva York, 1992.
- Francis Obituary in Engineering News, Volumen XVII, enero-junio de 1887, p. 14
enlaces externos
- Sistema de canal de energía de Lowell - ASME