Recordatorio: Australia es muy grande

Aunque quizá a muchos no os pille de nuevas, las escalas de los tamaños de los países no se conservan en la proyección de Mercator. No sé si es eso o que estoy acostumbrado a ver el mapa de Europa aislado, pero de vez en cuando viene bien recordar que Australia es grande. Muy grande. Tanto como EEUU.

MAPfrappe-Google-Maps-Mashup-Australia-vs-United-States

O incluso más grande aún. Bueno, ahí no aparece Alaska. Fuente.

Y me lo han recordado temas laborales. El Inland Rail, un proyecto ferroviario para enlazar Melbourne con Brisbane por el interior en lugar de por la costa. Mientras leía el artículo pensaba que, sin escalas y a lo bruto, era como un Málaga-Valencia… y de pronto leo que ahorrará “10 horas de trayecto”. Pero donde vas tunante, que transportáis los containers en carro de mulas? Pues de un Málaga-Valencia nada, resulta que es el triple de distancia: nada menos que 1700 km. Echadle un ojo al vídeo para alucinar con el transporte de mercancías en Australia.

Los números de los Aussies son apabullantes: trenes de 1800m de largo, 21 toneladas por eje y hasta 115 km/h. Que es lo que sale cuando te preocupas del transporte de mercancías (y tienes las condiciones de mercado adecuadas).

Lo ví aquí hace un tiempo.

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Las bicis de bambú son mejores… para tus nalgas

Bamboo bikes are better for your buttocks
Cortesía de Erba Cycles

Este artículo está basado en el publicado originalmente en inglés en Mapping Ignorance: Bamboo bikes are better for your buttocks

Las bicis son el medio de transporte más sostenible en entornos urbanos. Pero al hablar de sostenibilidad hay que diferenicar entre dos casos diferentes: por un lado necesitamos sostenibilidad energética, ya que los combustibles fósiles no durarán para siempre y las emisiones generadas son muy poco saludables. Las bicis cumplen con este criterio a la perfección, al ser nosotros mismos los que ponemos al energía para conducirlas; y por otro lado tenemos la sostenibilidad en la fabricación, ya que los materiales usados para construir cualquier producto, aunque no desaparezcan durante el proceso como los combustibles, no son ilimitados y se han de utilizar con cuidado para no gastarlos completamente. Además, el procesado de estos materiales también consume energía y genera resíduos, lo que también ha de ser minimizado de cara a la sostenibilidad. Por ejempplo, las actuales bicis de aluminio son una opción de bajo peso que usa uno de los materiales que más recursos utiliza durante su manufactura.

¿Y si sustituimos estos materiales en el cuadro con algo que podamos cultivar? Esta idea no es nueva ni revolucionaria: las primeras bicicletas estaban hechas de madera. Pero aun así, la madera también tiene que ser procesada para obtener la forma adecuada para tu bicicleta. Hay una alternativa muy buena que prácticamente no necesita procesado: las cañas de bambú. Un tubo de madera con un comportamiento estructural envidiable y que se pueden cortar a la medida necesaria parece la elección perfecta para bicicletas. Se usan mucho en Asia Oriental como elemento estructural, y son una de las plantas con crecimiento más rápido del mundo. Pues también llegamos tarde: la bicicleta de bambú fue patentada en 1894 en Inglaterra. No tuvo mucho éxito entonces, pero parece que está viviendo una segunda juventud: debido a su bajo coste es una opción de mucho éxito en países pobres, especialmente en África (The Bamboo Bike Project). También es muy trendy en el mundo desarrollado, y los fabricantes de bicis los están añadiendo a sus catálogos.

En una entrada anterior comprobamos que una bicicleta es auto-estable a ciertas velocidades, y cómo se puede aumentar su estabilidad mediante la modificación de determinados parámetros del modelo. Pero este modelo tenía un cuadro rígido, mientras que los cuadros de las bicis de bambú son mucho más flexibles que los cuadros de aluminio, y es posible que estemos simplificando demasiado el modelo. Investigadores de la universidad Oxford Brookes [1] han desarrollado una metodología que permite comparar cómo la flexibilidad del cuadro afecta al confort del usuario. Y es que es muy difícil cuantificar el confort en bicicletas (o en la mayoría de los medios de transporte). La respuesta dinámica depende del conjunto ciclista-bicicleta-carretera, y los modos de vibración son función de bastantes parámetros: cuadro, ruedas, incluso el propio ciclista influye en el comportamiento global. La parte más dificil de analizar son los neumáticos, puesto que poseen una gama de propiedades extremadamente variable dependiendo del material del que estén fabricadas.

En este artículo, la relación entrela topología de la carretera y las vibraciones del ciclista se calcularon de manera teórica y fueron validadas con experimentos, y se presentan en la forma de funciones de respuesta en frecuencia. Pero existe una relación bastante compleja entre las aceleraciones que sufre una persona y las que él o ella percibe (lo que podríamos  denominar como confort.) Por ejemplo, para el mismo nivel de aceleración vertical, estar sentado es más incómodo que estar de pié; distintas frecuencias con la misma aplitud se notan de manera diferente; hasa la dirección de las vibraciones tiene influencia sobre el confort, con las aceleraciones angulares siendo más incómodas para frecuencias bajas de la excitación. Así es la percepción humana. Los autores del artículo juntaron toda la información disponible y, usando la norma ISO 2631 (“Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration”) [2] desarrollaron una metodología para tener en cuenta la influencia de cada una de las vibraciones en el confort de una persona montando en bicicleta.

El bambú es un material compuesto (composite), al igual que cualquier material orgánico. Está compuesto de fibras embebidas en un material que lo compacta todo, y dichas fibras tienen una cierta dirección: en este caso paralela al tubo. Es por eso que funcionan tan bien a tracción, y medianamente bien a compresión y a flexión, pero no tan bien cuando las tensiones son perpendiculares a las fibras. Durante la flexion, las fibras se tensan en un lateral y comprimen en el otro, de manera que el régimen de tensiones también es favorable. Además, la amortiguación estructural del bambú es mayor que la de cualquier metal común, por lo que disipará más energía que los metales, resultando en variaciones más suaves en la transferencia de vibración.

¿Y qué consecuencias tiene esto en el comportamiento dinámico de la bicicleta? Pues muchas, ya que la transferencia de vibraciones del suelo al ciclista será completamente diferente. Por una parte, un mayor amortiguamiento reducirá los picos de los impactos del asfalto. Y por otra, una mayor flexibilidad reducirá el nivel de las fuerzas transferidas. Pero las frecuencias naturales del sistema se producirán a frecuencias más bajas, es decir, las vibraciones que sobreexcitan el conjunto ciclista-bicicleta serán a frecuencias menores. Dependiendo de la carretera por la que estemos circulando puede llegar a ser más incómodo.

Mirando las funciones de transferencia como las de la siguiente figura se ven estas diferencias entre una bici de bambú y una de aluminio. Los modos de vibración de la bici de bambú tienen una menor frecuencia debido a su mayor flexibilidad; además están mucho más amortiguados, con picos significativamente menores. La diferencia en transferencia de la rueda delanterea no es tan evidente, porque la transmisión de vibraciones se realiza de manera directa a los brazos a través de la horquilla, que no está trabajando a flexión, donde la diferencia de comportamiento entre materiales es más evidente, sino a compresión.

Figure 2. Transference of the excitation from between rear wheelset and seat for aluminium frame (blue) and bamboo frame (red)  | Credit: Thite et al (2013)
Figura 1. Transferencia de la excitación entre la rueda trasera y el sillín para estructura de aluminio (azul) y bambú (rojo) [Thite et al 2013]

Pero tal y como hemos comentado con antelación, vibración no es equivalente a confort. Aun así, las vibraciones ponderadas según su metodología son similares (Figura 2). El confort en el sillín es menor para cuadros de bambú, y sigue sin haber diferencia en la transferencia por el manillar.

Figure 3. Seat weighted acceleration for aluminium frame (blue) and bamboo frame (red) running over a standardized road | Credit: Thite et al (2013)

Figura 2. Transferencia ponderada de la excitación entre la rueda trasera y el sillín para estructura de aluminio (azul) y bambú (rojo) [Thite et al 2013]

Así que la conclusión es que, para una bici de uso general, es mejor que el cuadro sea de bambú. Es más barato que el de aluminio y tiene una menor huella ecológica. Desde un punto de vista de confort, los cuadros de mambú son también mejores, pero no tienen un gran efecto para las vibraciones del manillar. Sólo notaras la mejora en tus nalgas, que por otra parte son bastante sensibles. ¿Afecta la flexibilidad estructural a la dinámica lateral de la bicicleta? Alguien debería estudiarlo, no queremos que sean menos seguras para los ciclistas.

Referencias

  1. Thite A.N., Gerguri S., Coleman F., Doody M. & Fisher N. (2013). Development of an experimental methodology to evaluate the influence of a bamboo frame on the bicycle ride comfort, Vehicle System Dynamics, 51 (9) 1287-1304. DOI: 
  2. International Organisation of Standardisation, ISO 2631-1, Mechanical Vibration and Shock – Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration, Geneva, 1997. 

La física de tu bicicleta

Esta es una traducción de un artículo que publiqué originalmente en Mapping Ignorance el 16-10-2013 – The theory on how to ride your bike.

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Las bicicletas son un medio de transporte que gana mucho atractivo en areas urbanas, debido principalmente a las políticas locales para reducir el impacto del tráfico rodado en el día a día de la ciudad. Los ayuntamientos construyen carriles-bici, convierten carreteras en vías para ciclistas y peatones, y aplican soluciones similares para promover el uso de este medio de transporte ecológico. Sin embargo, esto tiene un coste oculto: mientras que las muertes en cualquier otro medio de transporte descienden con los años, los accidentes de bici se mantienen constantes, con un aumento del número de heridos graves; de estos accidentes, un 80% lo son con un solo vehículo involucrado, es decir, la bicicleta pierde el equilibrio y se cae con consecuencias catastróficas. La principal razón es que cada vez más personas mayores montan en bici: un 75% de las muertes son personas de más de 60 años. Y el hecho es que, hasta hace unos años, no habíamos entendido realmente qué hace que una bicicleta sea estable y como mejorar dicha estabilidad. Schwab & Meijaard 1 han hecho una revisión bibliográfica muy exhaustiva sobre dinámica de bicicletas, incluyendo su últimos estudios en el tema.

Comencemos con un ejercicio imaginario. Agarra una bicicleta, sujétala en posición vertical y suéltala. Puedes hacerlo con una bici real si no te importa que acabe con unos arañazos de más. Parece bastante obvio que la bici se caerá hacia un lado: una bicicleta parada es inestable.  Ahora, prestad atención al siguiente vídeo:

A una determinada velocidad la bicicleta es estable sin necesidad de control activo (es “auto-estable” – self-stable), durante un tiempo considerable, hasta que la velocidad se reduce lo suficiente para que vuelva a ser inestable. Literalmente, la puedes conducir sin usar las manos. Que sea estable significa que puedes introducir una perturbación lateral y el sistema vuelve a su posición de equilibrio:

Figure 1. Simplified rigid multibody model of a bicycle. Four main components: rear wheel, rear frame, front frame and front wheel. The lateral degrees of freedom are the rear frame roll angle and front frame steering angle | Credit: Schwab et al (2013) .
Figura 1. Modelo multicuerpo simplificado de una bicicleta. Cuatro componentes principales: rueda trasera, cuadro, horquilla y rueda delantera.  Los grados de libertad laterales son el balanceo del cuadro y el ángulo de guiado de la horquilla [Schwab et al (2013)] .

Cuando se estudia de manera teórica un modelo multicuerpo rígido de bicicleta (Figura 1), se observa que para un rango determinado de velocidades todos los autovalores del sistema tienen parte real negativa (Figura 2). Esto significa que cualquier combinación de desplazamientos de los diferentes grados de libertado del sistema tendrán un comportamiento amortiguado, haciendo que la bicicleta sea estable. Para velocidades menores, la bici cae con una combinación de guiado y balanceo, la manera más común de caerse de una bicicleta. Sin embargo, para velocidades mayores el modo inestable dominante es un volcado en que el ángulo de balanceo se incrementa haciendo que la bici tome una espiral de radio decreciente hasta que vuelca. La parte real de este modo inestable es muy cercana a cero, por lo que al conductor le resulta muy sencillo controlar activamente su estabilidad. Para el caso de la inestabilidad a baja velocidad, el valor de la raiz positiva se incrementa de manera constante cuando se reduce la velocidad, por lo que la bici cada vez se hace más dificil controlar cuando nos acercapos a velocidad cero, tal y como hemos experimentado la mayoría de nosotros con nuestras propias bicicletas.

Figure 2. Eigenvalues from the linearized stability analysis of the simplified multibody bike, where the solid lines correspond to the real parts and the dashed line corresponds to the imaginary part of the complex eigenvalues | Credit: Schwab et al (2013).
Figura 2. Autovalores obtenidos del análisis de estabilidad lineal del modelo multicuerpo de bici simplifcado. Las líneas sólidas corresponden a la parte real y las discontinuas a la parte imaginaria de los autovalores complejos. [Schwab et al (2013)].

Cuando el conductor controla la bicicleta, sólo puede controlar un grado de libertad: el ángulo de guiado de la rueda delantera. Así que para cualquier caso la bici se controla por guiado: cuando se balancea hacia la izquierda, el conductor gira el manillar hacia la izquierda, cambiando la dirección del punto de contacto y generando fuerzas laterales en el contacto rueda-carretera que centrarán la bici de nuevo. Este mecanismo se llama steer into the fall” (guiado hacia la caída), y se puede observar incluso cuando la bici circula con una velocidad que la hace auto-estable y sufre una excitación lateral. La propia bici gira hacia donde cae, lo que le permite recuperar el equilibrio.

Entonces, cual se la razón por la que una bici es auto-estable a una determinada velocidad? Hay dos grupos de personas que se enfrentan con diferentes teorías: los que creen que la estabilidad se debe al efecto giroscópico en las ruedas; y los que creen que la estabilidad la genera el efecto caster de la rueda delantera (“rueda pivotante”, a falta de una traducción mejor). ¿Pero, se sigue discutiendo sobre esto? ¿Quién tiene razón?

Efecto Giroscópico

El efecto giroscópico es una propiedad muy interesante de elementos rotativos que permite que objetos con una velocidad angular elevada mantengan la dirección sobre la que rotan en el espacio. Por lo tanto, las ruedas de una bicicleta en movimiento tienden a mantener su posición de equilibrio. Pues no; o como mínimo el efecto giroscópico no es suficiente. Para comprobar esto bloquearon el manillar. De esta manera, si el efecto giroscópico fuera suficiente para mantenerla estable, la bici debería mantener la trazada para estas velocidades. El resultado es que la bici se cae igual de rápido que una bici parada:

Pero aún hay más efectos interesantes en giroscopios: si el eje del elemento que rota a gran velocidad se gira respecto a otro eje, aparece un desplazamiento angular alrededor de un tercer eje (ortogonal) para que el momento angular se mantenga constante. Aplicando esto a nuestro caso particular, cuando la bici se inclina hacia la izquierda, el efecto giroscópico maniobrará la rueda hacia la izquierda, y como ya hemos dicho girar hacia la caída es la manera adecuada de mantener la bici en equilibrio. Pero aun así, éste no es el único mecanismo que garantiza estabilidad, puesto que se puede construir una bici sin inercia angular y aún así conseguir que sea estable:

Efecto Caster

El castering es un mecanismo de guiado que ocurre cuando el eje de guiado se sitúa por delante del punto de rodadura. Como ejemplo del día a día, la mayoría de los carros de supermercado tienen ruedas de este tipo: no importa donde vayas, las ruedas siempre apuntan a la dirección del movimiento. En el caso de la bici, cuando se inclina hacia un lado la geometría de la rueda delantera, que tiene un ligero efecto caster, hará que la rueda gire hacia el mismo lado. Entonces, el guiado hacia la caída hará que la bici se equilibre de nuevo. Sin embargo, resulta que también se pueden diseñar bicicletas sin efecto caster que son auto-estables: el prototipo del anterior vídeo también tiene efecto caster nulo. Los autores ya publicaron este resultado en Science en 2011 2.

Así que la estabilidad de las bicicletas no es tan sencilla como parece. Existen varios mecanismos que contribuyen a la estabilidad del sistema, pero ninguno de ellos es realmente necesario: una distribución de masas adecuada con un eje de guiado adecuado dará como resltado una bici perfectamente estable. En este caso, la masa del cuadro se sitúa adelantada y elevada, mientras que la masa del manillar se sitúa por delante del eje de guiado. Esta disposición de las masas hace que, al aparecer un ángulo de guiado, el cuadro caerá más deprisa debido a la mayor altura de su centro de gravedad; pero al estar conectados, arrastrará la horquilla con él, guiandolo en la dirección crrecta, hacia la caída.

En una bicicleta común la lista de parámetros que se pueden analizar es enorme. De hecho, el modelo de la Figura 1 está extremadamente simplificado para poder concentrarse en los parámetros más característicos de la bici. Estudiar estos parámetros no considerados se podrían conseguir muchas más  combinaciones de geometrías auto-estables.

Estos estudios son muy útiles en varios aspectos. Para empezar, hace tiempo que se construyen nuevos tipos de bicicletas con gemetrías no tradicionales, p. ej. las bicis de los sistemas de alquiler urbanos en grandes ciudades tienen el centro de gravedad muy bajo y las ruedas de menor diámetro, y por eso no son tan fáciles de conducir. Un estudio paramétrico de estas bicicletas podría mejorar mucho su estabilidad. Otro ejemplo de geometría poco convencional son las bicicletas plegables con ruedas aun más pequeñas y geometrías mucho más peculiares adaptadas al sistema de plegado.

Otra característica interesante de las bicicletas clásicas es que, para velocidades negativas, son inestables bajo cualquier condición. Si la tratas de concucir hacia atrás lo tendás muy difícil.

Toquetear los distintos parámetros puede hacer que una bici con guiado trasero sea auto-estable. De hecho, los autores consiguieron construir una en su laboratorio. Honestamente, no sé qué utilidad tiene el guiado trasero, pero sigue siendo muy interesante desde un punto de vista teórico.

¿Y si incluimos un control activo en el guiado para que la bici no se caiga? Un mecanismo integrado que controle activamente el ángulo de caída actuando sobre el grado de libertad de guiado sería extremadamente útil para evitar los accidentes con un único involucrado mencionados en el primer párrafo. Y, de hecho, el sistema de control es muy fácil de construir:

Incluir esto en una bicicleta convencional permitiría una estabilidad increible, reduciendo las caídas a prácticamente cero. Sin embargo, este sistema necesita actuadores eléctricos, así que ya que nos ponemos se puede incluir un motor eléctrico o un sistema de ayuda al pedaleo. Este sería, sin ninguna duda, el vehículo personal más útil y ecológico para areas urbanas.

Referencias

  1. Schwab A.L. & Meijaard J.P. (2013). A review on bicycle dynamics and rider control, Vehicle System Dynamics, 51 (7) 1059-1090. DOI:
  2. J.D.G. Kooijman, J.P. Meijaard, J.P. Papadopoulos, A. Ruina, and A.L. Schwab (2011): A bicycle can be self-stable without gyroscopic or caster effects, Science 332, pp. 339–342.

Notas

Esta entrada participa en el cuatigésimo noveno Carnaval de Física alojado por El Zombi de Schrödinger en su pedazo de blog cuantozombi.com y dedicado a la física de los objetos cotidianos. Como una bici. Por ejemplo.

Cuatrigésimo noveno nada menos!

Menudo logo que se ha currado. Os habéis fijado en la similitud con la imagen de cabecera de la entrada? *guiño-guiño*

¿Ruedas independientes estables? Inviértelas

Imagen

“Tram in curve” by m1y2

Los trenes clásicos tienen ejes rígidos: ambas ruedas están unidas y tienen los mismos grados de libertad, por lo que comparten todos sus desplazamientos y giros. Además, tienen conicidad positiva, es decir, la superficie de la rueda en el contacto rueda-carril es cónica y, si extendemos estos conos ideales, su base se une en el centro del eje. Esta geometría bi-cónica es estáticamente estable y permite tomar curvas, por lo que el vehículo es estable hasta una determinada velocidad.

Este es un extracto en castellano de mi último artículo para Mapping Ignorance, la nueva iniciativa de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV-EHU. El original está escrito en inglés, y os recomiendo leer otros artículos de MI sobre diferentes temáticas. Puedes seguir a Mapping Ignorance en Twitter y Facebook para estar al tanto de las últimas actualizaciones.

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Cuando los gnomos se sientan en carriles

Credit: Brian Bogardus

Al final de los años 60 apareció un nuevo tipo de defecto en carriles, cuando algunas líneas británicas fueron actualizadas, al que se bautizó como “Squat” en “una de las contribuciones más prosaicas de los ingenieros a la etimología”. Squat significa agacharse y sentarse sobre los tobillos, y el defecto parece que provenga de “un gnomo muy pesado se ha sentado encima del carril, produciendo una mella con forma de dos lóbulos de tamaño similar.”

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Un revulsivo para los vehículos eléctricos

El desarrollo de los vehículos personales eléctricos tiene principalmente una pega: la densidad de energía de las baterías es muy baja comparado con los combustibles fósiles, por lo que sistemas de baterías que ocupan el mismo espacio que el depósito de gasolina (y pesan mucho más) dan para una menor autonomía. Además, la recarga de estas baterías es demasiado lenta como para poder considerar repostajes rápidos como el caso de la gasolina. Por ello algunos modelos eléctricos tienen la posibilidad de sustituir la batería descargada por una cargada para poder hacer este “repostaje rápido”.

Una solución para vehículos de carretera de gran tamaño y líneas muy transitadas es el uso de pantógrafos, como los antiguos trolebuses urbanos. O no tan antiguos, puesto que hay ciudades que han recuperado su uso, por ejemplo Castellón (la única en España). Pero esta solución no es muy satisfactoria para vehículos personales.

Trolebús moderno [Wikipedia]

Una de las soluciones con más futuro en que más se está investigando es la carga de baterías on-line: mientras el vehículo transita por una carretera la energía es transferida desde la infraestructura a las baterías de manera inalámbrica. Bajo la carretera se encuentra el sistema encargado de transferir la energía, y dependiendo de la velocidad de carga y del consumo del vehículo, no se necesita parar para repostar/recargar. Es un concepto muy bueno, pero para que funcione bien necesita tener en cuenta varias cosas:

  1. Que el sistema sea eficiente y no haya pérdidas de energía excesivas. No queremos que al coche llegue la mitad de la energía que le mandamos. Esto depende mucho de la distancia que haya entre el emisor (enterrado en la carretera) y el receptor (dentro del vehículo, probablemente a la altura de los bajos): la energía inalámbrica debe atravesar unos centímetros de hormigón o asfalto y aproximadamente 30 centímetros de aire entre la carretera y los bajos del coche.
  2. Que sea un sistema potente y rápido. Si la energía transferida no es suficiente, la inversión no merece la pena. Si es ligéramente inferior a la energía media consumida el sistema ya es viable, ya que las baterías se agotarán si el vehículo no para, pero tened en cuenta que es necesario parar regularmente en viajes largos. Durante esas paradas un sistema de recarga en parking podría regargar las baterías completamente.
  3. Una inversión enorme en infraestructuras. Hay que levantar la carretera para introducir el sistema de recarga, incluso adecuar la vía para su correcto mantenimiento. En vías interurbanas la inversión puede ser demasiado grande y con ello limitar mucho su uso.
  4. Una manera adecuada de cobrar al usuario por la energía utilizada y los costes de mantener el sistema. U os pensabais que os la iban a dar gratis? 😉

En el apartado tecnológico hay muchos sistemas de recarga inalámbrica en parking, pero casi ninguno on the move. El Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ha hecho muchos avances en este sentido dentro del proyecto denominado On-line Electric Vehicle (OLEV), que ha conseguido reducir el tamaño de las baterías de los vehículos experimentales a una quinta parte de los vehículos eléctricos actuales. El sistema recarga las batarías on-line, tanto durante la marcha como en las paradas y aparcamiento.

Modelo de tranvía con carga inalámbrica.

En este momento el instituto tiene dos modelos de vehículo con OLEV, un autobús y un tranvía. Según han dicho en la nota de prensa, el sistema de los autobuses transfiere 100kW a 20kHz con una eficiencia del 85% manteniendo un espacio de 20cm entre el vehículo y el suelo (es decir, un 15% de la energía emitida por la línea de abastecimiento no llega al vehículo). Hay que coger estos valores con cautela, ya que no se han hecho pruebas en carretera/vía aún, solo en laboratorio (y son valores con los que hacer publicidad, así que puede que estén un poco hinchados).

Detalle del sistema de transimsión de energía de manera inalámbrica.

En Julio de 2013 dos autobuses con el sistema OLEV empezarán a hacer una ruta en la ciudad de Gumi para comprobar su funcionamiento en un sistema real. Habrá que estar atentos porque si son capaces de funcionar si fallos ésta promete ser un revulsivo para el sector de los vehículos eléctricos.

Visto en: http://phys.org/news/2013-02-wireless-power-technology-high-capacity.html

Añadido 2013-02-15 OLEV ha sido elegido una de las 10 tecnologías emergentes de 2012 por el Foro Económico Mundial: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-02/tkai-osa021413.php

Añadido 2012-03-07 Bombardier también va a hacer pruebas con un sistema similar denominad PRIMOVE, cuyo prototipo están mejorando desde verano de 2012. Yo tenía entendido que éste era un sistema de carga estático, que sólo se usaba con el vehículo parado. Pero tal y como aparece en el vídeo el sistema puede ser utilizado para aumentar la potencia del vehículo en zonas concretas, como por ejemplo cuestas pronunciadas. Cómo se traduce la carga en potencia adicional no lo se, y es que este es un vídeo promocinal; pero por lo visto sí que tiene capacidad de utilizarse online. Gracias a Julián @jeibros por el chivatazo.

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Más que breve historia del ferrocarril y los husos horarios

[Wikimedia Commons]

La RAE define ferrocarril (del latín Ferros- y carril, carriles de hierro) como “camino con dos carriles de hierro paralelos, sobre los cuales ruedan los trenes” y, por extensión, “conjunto de instalaciones, vehículos y equipos que constituyen este medio de transporte”. Por lo tanto se puede definir la rodadura sobre dos carriles paralelos como la principal característica de los ferrocarriles.

Las primeras referencias a los precursores de los ferrocarriles modernos aparecen pasada la Edad Media, cuando se comenzaron a construir carriles de madera para aplicaciones de minería y transporte de mercancías pesadas en Centroeuropa. En 1760 se comenzó a cubrir con metal la zona de contacto y a incluir ruedas con pestaña. En 1790 se introdujeron los carriles íntegramente metálicos, que mejoraban considerablemente tanto las prestaciones como el mantenimiento [1].

A principios del siglo XIX, con la invención de la locomotora de vapor, el ferrocarril comenzó a extenderse por toda Europa y Norteamérica. Fue el germen de la revolución industrial, impulsando la movilidad de mercancías y pasajeros, y con ello la economía del continente. El primer tren a vapor funcional a escala real fue montado por el ingeniero inglés Richard Trevithick, y constaba de una locomotora que tiró de cinco vagones cargados de acero y pasajeros a una velocidad de 8km/h durante 15km en el sur de Gales, en 1804 [1].

Las locomotoras de vapor fueron perfeccionándose con rapidez, gracias a fabricantes e ingenieros, siendo su mayor exponente George Stephenson. Comenzaron a entrar en servicio comercial para mercancías a partir de la década de 1810. Algunas de las líneas más importantes inauguradas desde entonces fueron, en 1825 la línea Stockton-Dartlington, la línea Liverpool-Manchester (Inglaterra) para el transporte de viajeros en 1830, Saint-Ètienne-Lyon (Francia) en 1832 o Bruselas-Malinas (Bélgica) en 1835. En América, en 1830 se construyó la línea Charleston-Hamburg (EE.UU.) y la primera línea española en 1837 entre Habana y Paradero de Bejucal, cuando Cuba aún era parte de las colonias. La primera línea en la Península Ibérica se inauguró en 1848 entre Barcelona y Mataró, con un considerable retraso respecto a las líneas centroeuropeas [2].

Desarrollo del ferrocarril en Europa. Densidad de vías en 1896, en km/100km2 [3].

Desarrollo del ferrocarril en Europa. Densidad de vías en 1896, en km/100km2 [3].

Poco a poco los vehículos ferroviarios iban mejorando sus características. Fueron apareciendo distintas formas de tracción, como las locomotoras eléctricas (1879) o las diesel (1912), que paulatinamente fueron sustituyendo a las locomotoras de vapor, sobre todo las eléctricas en transporte urbano, ya que el humo de otras formas de alimentación era muy molesto en las ciudades.

Durante la segunda mitad del siglo XIX, con el abaratamiento del transporte, el comercio y las comunicaciones entre países aumentaron de forma exponencial. El ferrocarril comenzó a ser el centro de las políticas de exteriores para intentar fijar criterios de ancho de vía, tipo de electrificación u horarios entre países. Esto último generaba problemas de gestión de las vías debido a las diferencias de hora solar entre las distintas estaciones, que utilizaban relojes con dos minuteros para diferenciar entre la hora local (solar) y la hora oficial del tren, por lo que las compañías de ferrocarriles británicas comenzaron a aplicar el llamado “Railway Time” (hora del ferrocarril) en sus estaciones y trayectos [4]. Esta estandarización se fue extendiendo por distintos países, dando paso finalmente a los actuales husos horarios referenciados respecto a la hora de Greenwich (GMT – Greenwich Mean Time). Con este hecho se puede comprobar lo importante que fue el desarrollo coordinado del ferrocarril: todos los países estaban interesados en que funcionara de la manera más eficiente posible.

Reloj de la estación de Bristol, con dos minuteros.

Reloj de la estación de Bristol, con dos minuteros [Wikimedia Commons].

A principios del siglo XX se desarrollaron sobre todo las redes de transporte urbano, los metros y tranvías de las grandes urbes. A mediados del siglo XX el ferrocarril sufrió una depresión debido al auge de otros medios de transporte como el avión o el automóvil, lo que obligó a una reconversión del sector hacia la alta velocidad para poder competir contra estos en distancias medias. Los desarrollos de la alta velocidad no se comercializan hasta la década de los 60 en Japón, y la década de los 80 en Europa, comenzando por Francia. Con la entrada del nuevo milenio comenzó un nuevo auge de los tranvías urbanos, puesto que su alimentación eléctrica y su elevado confort los hace el transporte idóneo en ciudad.

Y en este momento la mayoría de los países fomentan la construcción y el uso de distintos tipos de ferrocarril, desde la alta velocidad hasta el transporte urbano, puesto que son con diferencia el medio de transporte de masas que menos consume por persona.

Este post participa en la III Edición del Carnaval de Humanidades que organiza Luis Moreno Martinez (@luisccqq) en su blog  El Cuaderno de Calpurnia Tate bajo el lema “La Ciencia es cultura”.

Este post participa en la futura XI Edición del Carnaval de Tecnología alojado vete tú a saber donde, puesto que voy tarde para la X Edición que está alojada en Caja de Ciencia.

Referencias:

[1] R.S. Kirby, S. Withington, A.B. Darling, and F.G. Kilgour, Engineering in History, Dover Publications Inc., 1990.
[2] P. Pascual I Domènech, “La construcción del “carril” de Mataró,” Los caminos de la era industrial: la construcción y financiación de la red ferroviaria catalana, Barcelona: Ed. Universitat de Barcelona, 1999, pp. 54-64.
[3] A. Scobel, Geographisches Handbuch zu Andrees Handatlas: mit besonderer Berücksichtigung der politischen, wirtschaftlichen und statistischen Verhältnisse, Velhagen, 1899.
[4] G. Dohrn-van Rossum, History of the hour: clocks and modern temporal orders, University of Chicago Press, 1996.