Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

agosto 06, 2013

Izar, levantar, elevar

La capacidad de mover eficazmente objetos de un peso enorme ha sido fundamental en la civilización humana.

Representación de una grúa del siglo XIII en el proceso
de construcción de una fortaleza.
(Via Wikimedia Commons)
La marca mundial de peso levantado por un ser humano podrían ser los 2.840 kilogramos que se dijo que había conseguido el estadounidense Paul Anderson, levantándolos sobre sus hombros (no desde el suelo). Pero hubo dudas y el libro Guinness de récords mundiales decidió borrarlo de sus páginas hace algunos años.

Compárese con los más de 2 millones de kilogramos que puede levantar “Taisun”, que es como se llama a la mayor grúa puente del mundo, utilizada en los astilleros de Yantai, en China para la fabricación de plataformas petroleras semisumergibles y barcos FPSO.

Para la evolución de la civilización humana un requisito fundamental ha sido la capacidad de levantar grandes pesos, mucho mayores que los que puede levantar un grupo grande de seres humanos. A fin de conseguirlo, desde la antigüedad se desarrollaron las llamadas “máquinas simples” o básicas: la palanca, la polea, la rueda con eje, el plano inclinado, la cuña y el tornillo. Lo que consiguen estas máquinas es darnos una ventaja mecánica, multiplicando la fuerza que les aplicamos para hacer un trabajo más fácilmente. No es que “cree” energía, sino que la utiliza de manera más eficiente. Si la fuerza viaja una distancia más larga (por ejemplo, de la palanca de un gato que accionamos), será mayor a una distancia más corta, el pequeño ascenso que tiene el auto a cambio de nuestro amplio movimiento.

El plano inclinado nos permite, por ejemplo, subir un peso más fácilmente que izándolo de modo vertical. Mientras mayor es la inclinación, mayor esfuerzo nos representará negociarlo, algo que ejemplifican muy bien algunas etapas de montaña de las vueltas ciclistas. Es la máquina simple que, según los indicios que tenemos, usaron los egipcios junto con la planca para mover los bloques de piedra utilizados en la construcción no sólo de sus pirámides, sino de sus obeliscos y templos impresionantes como el de Abu Simbel.

La grúa hizo su aparición alrededor del siglo VI antes de la Era Común, en Grecia, basada en las poleas que desde unos 300 años antes se empleaban para sacar agua de los pozos. Las poleas compuestas ofrecen una gran ventaja mecánica y, junto con la palanca, permitieron el desarrollo de las grúas y con él la construcción de edificios de modo más eficiente y rápido.

Si la cuerda utilizada para izar se une a un cabrestante o cilindro al que se de vuelta mediante palancas, se va creando un mecanismo más complejo y capaz de elevar mayores pesos más alto y con menos esfuerzo.

Una consecuencia directa de esta idea fue la creación de cabrestantes accionados por animales o por la fuerza humana. Quizá resulte curioso pensar que ya los antiguos romanos utilizaban grandes ruedas caminadoras, como ruedas para hámsters, con objeto de accionar las grúas con las que construyeron las grandes maravillas de la ingeniería del imperio. Y esas mismas grúas accionadas por seres humanos caminando en su interior fueron las que permitieron construir todas las maravillas de la arquitectura gótica y renacentista, además de cargar y descargar barcos conforme el comercio internacional se iba desarrollando, entre otras muchas aplicaciones. Mezclas de máquinas simples formando mecanismos más complejos pero que, en el fondo, se basan en los mismos principios conocidos desde el inicio de la civilización.

El gran cambio en estas máquinas se dio al aparecer la máquina de vapor. Según los expertos, en teoría no hay límite a la cantidad de peso que puede moverse con una grúa accionada por una rueda movida por la fuerza humana, pero accionarla con una energía como la del vapor o la electricidad permite hacerlo más rápido y usando maquinaria más pequeña.

Con estos elementos se han creado varios tipos de grúas, desde las móviles en diversos tipos de vehículos, las carretillas elevadores, las grúas puente en forma de pórtico que se usan en la construcción naval y naves industriales, las grúas Derrick y las más conocidas en el panorama urbano, las grúas torre utilizadas para la construcción de edificios.

Elevar personas

Construir edificios más altos implica, por supuesto, llevar a seres humanos a los pisos superiores. Se dice que Arquímedes ya construyó el primer ascensor o elevador en el 236 a.E.C. pero estos aparatos empiezan realmente a ser parte de la vida cotidiana de los mineros en el siglo XIX, cuando se usan para llevarlos y traerlos de las plantas, cada vez más profundas, de las minas, especialmente de carbón.

Es en 1852 cuando Elisha Otis desarrolla el diseño de ascensor que, esencialmente, seguimos utilizando hoy en día, con características de seguridad que permitieran la máxima tranquilidad al usuario, y que permite la aparición de lo que se llamaría el “rascacielos”.

Y los rascacielos fueron cada vez más arriba. El ascensor común de un edificio de 10 pisos se mueve a una velocidad de más o menos 100 metros por minuto, una velocidad poco práctica para subir a edificios como la torre Taipei 101, con sus 509 metros de altura, pues tardaríamos 5 minutos en llegar del piso más bajo al más alto, cuando los fabricantes tienen como norma que el recorrido sin paradas entre el piso más bajo y el más alto de un edificio debe ser de unos 30 segundos. En un edificio de más de medio kilómetro de altura esto exige ascensores capaces de una velocidad media de 1 kilómetro por minuto o 60 kilómetros por hora.

Pero no es una velocidad continua. Debe acelerarse y desacelerarse de modo tolerable para los pasajeros. Si uno va del piso 1 de la torre al 101, acelerará de 0 a 60 kilómetros por hora en 14 segundos, viajará a la velocidad máxima durante tan sólo 9 segundos y después desacelerará de regreso hasta detenerse en otros 14 segundos. Y todo ello con una tecnología que reduce al mínimo las vibraciones y el malestar de los viajeros.

Finalmente, la tecnología ha tenido que tener en cuenta el diferencial de presión atmosférica entre el piso inferior y el superior, y usar un original sistema de control de presión como el de los aviones para equilibrarla y darle las menos incomodidades posibles a los pasajeros.

Un largo camino que empezó con un plano inclinado, una polea y la decisión de ir más alto.

En la ciencia ficción

En 1979, el legendario autor de ciencia ficción Arthur C. Clarke publicó Las fuentes del paraíso, una novela en la cual un ingeniero propone crear un ascensor capaz de llevar carga y gente al espacio, situado entre la cima de una montaña y un satélite en órbita (Clarke fue el proponente original del satélite geoestacionario). La trama de la novela gira alrededor del rechazo al ascensor por parte de un monasterio budista que ocupa la montaña. Un clásico que merece relectura.

2 comentarios:

Fabian dijo...

En varias de sus novelas, en los prólogos, Arthur Clarke dice que el no fue el inventor de la idea de los geoestacionarios, sino que la leyó a un ingeniero que ahora no recuerdo el nombre.

Magnífico artículo, enhorabuena.

@funambul dijo...

¿Me está diciendo que los extraterrestres no tuvieron nada que ver con las granes construcciones de la antiguedad? ¿Ni siquiera los antiguos astronautas esos? ¿Ingenios pensados por el hombre??? No sé, me parece demasiado rebuscado...