Bicicletas de Carreras: La Fusión de Ingeniería y Aeronáutica

El diseño estándar de la bicicleta ha existido cerca de 100 años. Pero en los últimos 10 años ha habido más cambios que durante cualquier otra época.

Las bicicletas, y especialmente las bicicletas de carreras, tienen mucho en común con una aeronave; ambas han sido diseñadas para minimizar la resistencia del viento, maximizar la eficiencia energética, responder inmediatamente a las demandas puestas en ellas, y sin embargo, pesar muy poco sin perder la resistencia. Así que mucha de la tecnología utilizada en la aeronáutica ha encontrado su lugar en las bicicletas de carreras.

El Cuadro: Corazón de la Bicicleta

El corazón de la bicicleta es su cuadro. Tiene que ser fuerte, ligero, suficientemente flexible para absorber baches, pero no tanto como para desperdiciar la energía que el corredor transmite pedaleando.

Los diseñadores de cuadros de bicicletas comparten muchos objetivos con los ingenieros aeronáuticos, quienes deben diseñar alas que sean fuertes, ligeras, aerodinámicas y eficientes en convertir la energía del motor en sustentación. Sin embargo, las alas deben ser lo suficientemente flexibles para absorber las turbulencias sin perder la propulsión del motor. Por lo tanto, los cuadros de las bicicletas modernas y el ala del avión comparten materiales y rasgos de diseño.

Materiales y Técnicas de Fabricación

• Muchos cuadros de bicicletas de carreras, que consisten en tubos unidos entre sí, están hechos de aleaciones de aluminio similares a los usados en la aviación.
• La compañía francesa, Vitus, pega los tubos entre sí utilizando algunas técnicas empleadas para ensamblar componentes de aviación.
• En los últimos años, fabricantes de aviones tales como Boeing han estado experimentando con materiales compuestos como “Cheval” y fibras de carbono. No sorprende que algunos cuadros de bicicletas de carreras sean ahora fabricados con los mismos materiales.
• Quizás el cuadro más innovador a día de hoy está construido a partir de una aleación de magnesio fundido. Su diseñador, Frank Kirk, anteriormente trabajó en la industria aeroespacial.

Los componentes que encajan en los cuadros de las bicicletas se han beneficiado también de la ingeniería aeroespacial. Muchos componentes, tales como cambios, frenos, manillares y ruedas, son aerodinámicos y a menudo están hechos de aleaciones de aluminio o titanio, otro metal ligero y fuerte utilizado en la aviación.

Láseres (LASER): Fundamentos y Aplicaciones Tecnológicas

Los láseres (acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, o Amplificación de Luz mediante Emisión Estimulada de Radiación) son dispositivos que amplifican la luz y producen rayos de luz que son muy intensos, direccionales y de color puro. Pueden estar en estado sólido, gas, semiconductor o líquido.

Cuando los láseres fueron inventados en 1960, algunas personas pensaban que podrían ser utilizados como “rayos de la muerte”. En los 80, Estados Unidos experimentó con los láseres como una defensa en contra de los misiles nucleares. Hoy en día, son utilizados para identificar objetivos. Pero aparte de sus usos militares, tienen muchas aplicaciones en la ingeniería, comunicaciones, medicina y en las artes.

Aplicaciones del Láser en la Ingeniería

En ingeniería, los rayos de los láseres potentes pueden ser enfocados en un área pequeña. Esos rayos pueden calentar, derretir o vaporizar material de una manera muy precisa. Pueden ser usados para:

• Perforar diamantes.
• Cortar formas complejas en materiales desde plástico hasta acero.
• Soldar por puntos.
• Realizar tratamientos superficiales, tales como el temple de las aspas de la turbina del motor de un avión.

Los rayos de los láseres también pueden ser usados para medir y alinear estructuras.

Láseres en Comunicaciones y Medicina

Los láseres son ideales para las comunicaciones en el espacio. La luz de los láseres puede transmitir muchos más canales de información que las microondas debido a su alta frecuencia. Además, pueden recorrer largas distancias sin perder fuerza en la señal. Los láseres también pueden ser usados para grabar y leer información. El disco compacto (compact disc) se lee mediante láseres.

En la medicina, los rayos láser pueden tratar el tejido dañado en una fracción de segundo sin dañar el tejido sano. También pueden ser usados en una operación ocular muy precisa.

Aplicaciones Artísticas

En las artes, los láseres pueden proporcionar fantásticas visualizaciones de luz. Los conciertos de pop tienen a menudo acompañamientos mediante visualizaciones láser.

El Funcionamiento de las Balanzas Electrónicas Modernas

Las balanzas electrónicas usan un dispositivo de pesaje llamado célula de carga debajo de la plataforma. La célula de carga, una barra de aleación de aluminio, elimina la necesidad de muelles, dientes de engranaje u otras partes móviles que pueden desgastarse, romperse o causar imprecisión en las básculas mecánicas.

Mecanismo de Medición

Un indicador de tensión está unido a la célula de carga. El indicador de tensión consiste en una pequeña pieza de lámina de metal que detecta cualquier deformación de la barra. Una tensión de entrada controlada se suministra al indicador de tensión desde el circuito de corriente de la batería.

Cuando la carga está situada en la plataforma, provoca que la célula de carga se deforme ligeramente. Esto, en consecuencia, causa un cambio en la tensión, lo cual desencadena un cambio en la resistencia eléctrica del indicador de tensión.

A medida que la resistencia cambia, también lo hace el voltaje de salida del indicador de tensión. En resumen, el cambio en el voltaje a través del indicador de tensión es proporcional a la carga en la plataforma.

Procesamiento Digital

El voltaje del indicador es pequeño y tiene que ser amplificado y después convertido en una señal digital. Esta señal es suministrada a un microprocesador programado especialmente, que la convierte en una lectura del peso. Esto es lo que se muestra en la pantalla LCD. La pantalla se apagará automáticamente unos minutos después de finalizar el pesaje, para así ahorrar batería.

Corrosión: Deterioro de Materiales y Estrategias de Prevención

Una consideración importante en la ingeniería de diseño es el mantenimiento. Una de las causas comunes a largo plazo es la corrosión. Esto provoca el deterioro en la apariencia o en las propiedades físicas de los componentes.

Definición y Causas

La corrosión cubre un número de procesos a través del cual un metal cambia de estado como resultado de su interacción con el medio ambiente. Esto ocurre frecuentemente donde el agua está presente, ya sea como líquido o como vapor en el aire de alta humedad.

En general, la corrosión empeora cuando hay impurezas presentes en condiciones de humedad. Nunca comienza en el interior de un material, y siempre habrá evidencias en la superficie que indiquen existencia de corrosión, aunque un examen exhaustivo puede ser necesario.

Un ejemplo común de la corrosión es el óxido de acero, donde la conversión de hierro metálico en una mezcla de óxidos y otros componentes ocurre. Esto no solo cambia la apariencia del metal sino que también resulta en una disminución de su sección transversal.

Consideraciones de Diseño y Prevención

Es imprescindible que un diseño tenga en cuenta si un material puede ser afectado en un medio ambiente particular, y si la corrosión es posible, a qué ritmo.

Muchos factores pueden intervenir en la manera de impedir este progreso. Un ejemplo es el aluminio y sus aleaciones, las cuales se comportan satisfactoriamente en muchas aplicaciones de ingeniería y domésticas cuando se exponen al aire y al agua. Esto es debido a la rápida producción de una fuerte película adherida que protege el metal de ataques sucesivos, por lo que la corrosión se detiene.

Trenes de Levitación Magnética (Maglev): Tecnología de Transporte sin Fricción

El tren de levitación magnética no circula a lo largo de una vía de forma normal. En su lugar, campos magnéticos lo levantan sobre la vía, para que el tren flote.

Ventajas del Sistema Maglev

Al no tener ruedas, ejes, suspensión, amortiguadores o frenos, los vehículos “maglev” son ligeros y compactos. También están libres de contaminación, ya que en el tren ningún combustible es quemado, y son económicos de mantener.

El sistema Maglev del aeropuerto de Birmingham transporta pasajeros desde la terminal hasta la estación y al Centro de Exhibición Nacional. Los vagones están hechos de fibra de vidrio ligera, montados en un chasis de aluminio.

Todo el equipamiento eléctrico que impulsa los vagones está situado debajo del suelo o debajo de los asientos. Cada vagón puede llevar 32 pasajeros y sus equipajes, hasta un peso de 3 toneladas. Los trenes viajan a una velocidad máxima de 42 km/h.

Mecanismo de Levitación y Propulsión

Un carril guía de hormigón sobre el suelo soporta una vía en forma de “T” para los dos vagones de los trenes Maglev. El tren es elevado de la vía mediante la atracción magnética. Esta es la fuerza mediante la cual dos polos magnéticos opuestos se atraen uno al otro (así como dos polos iguales se repelen entre sí).

Potentes electroimanes en cada esquina del tren ejercen una fuerza de tracción que eleva el tren hacia arriba para que flote 15 mm por encima de la vía.

A medida que la gente sube y baja, el peso del tren varía. Puede acercarse a la vía más que los 15 mm requeridos, o alejarse de ella. Para mantener una distancia constante desde la vía, la fuerza se varía mediante un microprocesador.

Cada tren es conducido por un motor eléctrico llamado motor de inducción lineal. Los devanados electromagnéticos o bobinas en el tren generan un campo magnético en el cual los polos magnéticos cambian a lo largo del tren. El campo induce corriente eléctrica en la vía e interactúan con el tren para que el campo variable arrastre el tren flotante a lo largo de la vía.

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