notas para una historia de la mecánica y la ingeniería. desde el renacimiento hasta nuestros días
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Universidad Popular Carmen de Michelena
Apuntes para la Historia de la
Mecánica y de la Ingeniería
Desde el Siglo XVII hasta nuestros días
1
Comienza la Revolución Científica
The Royal Society of London en 1660
Academie des sciences de Francia en 1666)
En el siglo XVII
2
Luis XIV en la inauguración
de La Academie des Sciences
(1666)
Una rápida mirada
al pasado
El problema de la fuerza motriz
Las fuerzas motrices disponibles
Estáticas:
Hidráulica: Ruedas y norias
Eólica: Molinos de viento
Móviles:Animal: Accionamiento de mecanismos
y de arrastre
Todas resultan insuficientes para la naciente actividad industrial.
No obstante, acompañaran al progreso técnico hasta hoy.
3
Molino harinero del siglo XVIII
Enciclopedia de Diderot y D’Alembert
El desarrollo de las máquinas de vapor
Experimento de Torricelli
(1643)
Experimento de Magdeburgo Realizado por Otto von Guericke (1654)
La presión atmosférica y el vacío – “El poder de la nada”
4
El desarrollo de las máquinas de vapor
Olla a presión
“Digestor” (1679)
5
Denis Papin, diseña en 1690 la primera máquina de vapor
que realiza un trabajo mecánico
Un volumen de agua = 1.300 volúmenes de vapor
El desarrollo de las máquinas de vapor
Papin diseña, en 1690, la primera máquina con émbolo
Ilustración del libro:
Nouvelle manière d’elever
l’eau par la force du feu
(1707)
Esquema animado del funcionamiento
6
El desarrollo de las máquinas de vapor
Esquema de la bomba
de Savery.
“El amigo del minero”
(1699)
7
La extracción del agua de las minas
El desarrollo de las máquinas de vapor
La máquina de Newcomen o el “poder de la nada”
Máquina „Fairbottom Bobs‟ en
Ashton under Lyne, Inglaterra
(1760-1834)
8Thomas Newcomen instaló más de 100 máquinas en Inglaterra
La primera se instaló, en
1712, en una mina de carbón
El desarrollo de las máquinas de vapor
Realizó importantes mejoras en la máquina de
Newcomen, haciéndola útil para todo tipo de aplicaciones
mecánicas.
Máquina de vapor de Watt
Escuela Superior de Ingenieros
Industriales de Madrid
9
James Watt (1736–1819)
El hierro y el carbón
En el siglo XVII el hierro empezó a
encarecerse:
Frecuentes guerras
Fabricación de herramientas
Creciente escasez de carbón vegetal
Se realizan mejoras en producción de hierro:
Empleo generalizado del carbón mineral
Creación de los altos hornos
Fácil obtención de hierro colado
Dificultades
El hierro colado no sirve para el forjado
El acero forjado sigue siendo caro
Durante el siglo XVII se mejoró poco la
producción de hierro.
10
La invención del alto horno
Esquema de un alto horno de
Abraham Darby I (1711)
Aumento de la altura del horno.
Empleo de coque.
Aumento del flujo de aire.
Se alcanzan los 1500º.
El hierro y el carbón
11Llegó a producir 12 toneladas por semana
“Coalbrookdale de noche”
según Louthenbourg (1801)
Un avance importante. - El proceso de pudelado
El hierro y el carbón
Se trata de una refundición en un
horno de reverbero
Se consigue un hierro capaz de ser
forjado, laminado y estirado.
Horno de pudelado de Henry Cort
(1784)
12
La calidad y cantidad de la producción del hierro depende de la fuerza
de los operarios. (Máximo 300 kg por hombre al día)
Diseño y construcción de máquinas
Maquina para tallar ruedas dentadas
de Christopher Polhem
(1729)13
Torno de Michel Lassere
(1671)
Mandrinadora de John Wilkinson
accionada por rueda hidráulica.
Construida por encargo de James Watt
(1775)
Diseño y construcción de máquinas
Las máquinas herramienta
Fresadora de Eli Whitney
(1798)
14
La industria textil – Las hilaturas
15
Torno de hilar de ocho hebras
“Spinning Jenny”, de James
Hargreaves
(1761)
Torno de hilar movido por fuerza hidráulica
“Water Frame” ,de Richard Arkwright (1769)“Spinning mule” de Samuel
Crompton (1779)
La industria textil – Los telares
16
Lanzadera volante de John Kay
(1733)
Telar mecánico de Edmund
Cartwright (1785)
Telar Jaquard (1801)
La industria textil – El Algodón
17
La desmotadora de Eli Whitney (1792)
Fabrica de algodón en Boston
(1812)
18
Canal de Langedoc
de Pierre-Paul Riquet (1681)
Ilustración de la “Enciclopedie”
Faro de Eddystone
de John Smeaton
(1759)
El primer puente de hierro fundido en Coalbrookdale (Inglaterra)
fue construido entre 1775 y 1779 por Abraham Darby III
El inicio de la construcción con hierro
19
La Ingeniería en España en los siglos XVII y XVIII
20
Juan López Peñalver
Página de la Descripción
de las Máquinas del Real
Gabinete (1798)Agustín de Betancourt (1758-1824)
en un sello de correos de Rusia
Con la llegada de Felipe V en
1700, Jorge Próspero de Verboon es
encargado, en 1709, de la creación de
un Cuerpo de Ingenieros.
La Revolución Industrial – Siglo XIX
21
El desarrollo necesitará de la intervención del capital
La industria textil y el ferrocarril: protagonistas de la revolución industrial
22
La locomotora de Trevithick
(1802)
The Collier: Cuadro de Robert Havell
en la que se representa el tren minero
de Middeeton Railway, arrastrado por
la locomotora “Salamanca” de Murray
(1812)
Los primeros ferrocarriles
23
“Puffing Billy” de William Hedley
en el ferrocarril minero entre la
mina Wylam y Newcatle
(1813)
Aprovecha la fricción sobre los
railes para arrastrar los vagones.
“The Rocket” de Georg
Stephenson, utilizada en el primer
ferrocarril público entre Canterbury y
Withstable (1830)
La expansión del ferrocarril en Europa
24
Hacia finales del siglo XIX el total de kilómetros instalados en el
mundo era de 950.000, de los cuales 321.000 corresponden a Europa
La locomotora de vapor
25
El ferrocarril en España
26
Ferrocarril entre Barcelona y Mataró
Primera línea de ferrocarril peninsular
(1948)
El Ferrocarril La Habana – Güines
fue la primera línea férrea española.
(10 de noviembre de 1837)
Ferrocarril Madrid – Aranjuez
Segunda línea peninsular
(1851)
El ferrocarril y el arte
27
“Lluvia, vapor y velocidad”
William Turner (1844)
“La estación de San Lázaro”
Claude Monet (1877)
“Tren en la noche”
Aureliano de Beruete (1891)
28
La máquina de vapor en la industria
Máquina de vapor
para uso domestico
de CharlesTyson
(1875)
Diversos modelos de máquinas
de vapor estáticas
La máquina de vapor en la industria textil
Nave de hilatura en Lancaster
movida por vapor (1835) 29
En el siglo XIX, la industria textil
de Gran Bretaña fue la primera
que utilizó masivamente la
máquina de vapor para mover las
máquinas.
Una o varias máquinas de vapor
transmitían la energía por medio
de arboles de transmisión y
poleas
30
Los conflictos sociales - Antimaquinismo
El líder de los ludistas
(1813)
Este movimiento regresará en el siglo XX con Kaczynski, alias Unabomber
La introducción masiva de las maquinas produjo
un fuerte rechazo entre la clase obrera de
Inglaterra dando lugar al movimiento “Ludista”
En julio de 1854 se produce en Barcelona el conflicto de las “selfactinas”.
Varias fábricas son incendiadas y tres hiladores son fusilados
Las máquinas en la agricultura
Arado de acero de John Deere
(1890)
Sembradora de Jethro Tull
(1703)
Cosechadora de Cyrus MaCormick
(1831)Páginas de un tratado de agricultura alemán
(finales del siglo XIX)
El hierro y el carbón en España
32
Durante el reinado de Carlos III, Jovellanos
ya reconoce la importancia del carbón para
el desarrollo.
Imagen del “Carbón mineral” de Francisco
Carlos de Garza, que en 1789 descubre vetas de
carbón en Espiel (Cuenca Minera del Guadiato)
Durante el siglo XVIII, España dependía
de la importación del carbón británico.
El crecimiento es muy lento hasta 1855.
Con la apertura de otras cuencas mineras
se alcanzan en 1870 las 100.000 t/añoEntrada a la mina
del Sabero en León
(1760)
El hierro y el carbón en España
33
Desde la antigüedad son conocidas las minas de
hierro de Alquife en Granada. A partir del siglo XIX se
convierten en el mayor centro productor de España.
El primer alto horno de
España, se construye
en Marbella en 1831.
Funcionaba con carbón
vegetal.Primer alto horno de coque.
El Sabero – León (1847)
Las máquinas de vapor en España
Máquina de vapor
Newcomen, empleada para vaciar de
agua los diques de carena del Arsenal
de La Carraca (1813).
Narciso Bonaplata y Curiol (1807-1869)
Levantó su fábrica en el antiguo
convento de Santa Bárbara en Madrid. Logotipo de la Fundición Bonaplata
(1839-1861)
34
35
Talleres Nuevo Vulcano en Barcelona
(1852)
Construcción de un barco de hierro en
La Maquinista Terrestre y Marítima
(finales del siglo XIX)
Vista general de la MTM
Los barcos propulsados por el vapor
36El SS Great Western (1858)
El Clermont (1807) El Aaron Mamby (1821)
La llegada del acero barato
Esquema e imagen del proceso Bessemer (1860)
Esquema del proceso Martin-Siemens (1864)
La Ingeniería en el siglo XIX
Con las nuevas posibilidades técnicas, se
emprenden nuevos retos en la ingeniería civil.
Puente de Hierro de Zaragoza construido
por la Maquinista Terrestre y Marítima
(1895)
La construcción del Canal de Suez.
Obra promovida por el francés
Ferdinad de Lesseps
(1859)
La arquitectura del acero
El Home Insurance Building
en Chicago (1885)
La Torre Eiffel
(1889)
Los ascensores “seguros “
de Elisha Otis (1853)
El armamento en el siglo XIX
El USS Texas, construido en 1892, fue el
primer acorazado de la Armada de los
Estados Unidos
Cañón Krup de 30,5
cm, montado en
barbeta, instalado en la Batería
de Santa Ana en Cartagena.
(1888)
El acero y el vapor: son decisivos en la creación de flotas
de guerra
La energía eléctrica
41
Electricidad estática y magnetismo
Electroscopio de Gilbert
“De Magnete” (1600)
Botella Leiden (1746)
Máquina electrostática de von Guericke
(1672)
Durante los siglos XVI y XVII, los fenómenos eléctricos
son estudiados en los gabinetes científicos.
Se diferencian los materiales conductores y los no
conductores, así como otras propiedades básicas.
La energía eléctrica
42
Experimento de Galvani
(1780)
Del anca de rana a la corriente eléctrica
Con la pila de Volta los científicos
pudieron disponer de una corriente
eléctrica continua y fiable.
(1800)
Da comienzo una nueva rama de la ciencia: la electroquímica
43
Las primeras aplicaciones de las pilas eléctricas
La telegrafía por cable
Telégrafo de Samuel Morse (1838)
Telégrafo electrostático de
G. Lesage (1774)
Telégrafo de agujas de
Cooke y Wheatstone (1837)
La energía eléctrica
44
Las llaves de la ingeniería eléctrica
El experimento de Oersted
La corriente eléctrica desvía aguja
imantada (1820)
Faraday descubre el electromagnetismo
(1831)
En 1865, Maxwell publica la descripción
matemática del electromagnetismo y
propone, que la luz es una forma de energía
electromagnética.
En 1888, Heinrich Hertz descubre las ondas
de radio, tal y como predecían las formulas
de Maxwell
Las máquinas eléctricas
45
En 1832 Hippolyte Pixii
construye la primera dinamo
Máquina de Zenobe Gramme
(1870)
Generadores y motores
El principio de funcionamiento de una
dinamo y de un motor eléctrico es el mismo
46
La producción y distribución de electricidad
Central eléctrica de Deptford
construida por la firma Ferranti
(1889)
Central eléctrica de Pearl Street
T.A. Edison (1882)
La carga inicial era de 400 bobillas
Las primeras centrales eléctricas fueron
construidas por iniciativa privada.
Producían energía para la iluminación
para abonados en áreas cercanas.
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¿Corriente continua o corriente alterna?
La producción y distribución de electricidad
Thomas Alba Edison
“el Mago de Menlo Park”
&
General Electric. Co
J.P. Morgan
Nikola Tesla, ingeniero
de origen serbio y que
empezó a trabajar para
Edison en 1984.
&
George Westighouse
Una controversia tecnológica y financiera
48
Las primeras aplicaciones de la electricidad
Iluminación y otras aplicaciones domésticas
Lámpara de arco para
alumbrado publico (1870)
Lámpara de filamento
incandescente de Edison
(1879)
Oferta de aparatos eléctricos
para uso domestico
(finales siglo XIX)
49
Las primeras aplicaciones de la electricidad
La telefonía
Alexander Graham Bell patentó
su teléfono en 1876
El verdadero inventor del teléfono fue
Antonio Meucci, al que llamó
“Teletrofono” (1856)
50
Las primeras aplicaciones de la electricidad
La telegrafía sin hilos
Marconi y su aparato transmisor
(1894)
El 11 de diciembre de 1901 transmitió la
primera señal de radio
transatlántica, cuando logro establecer
comunicación entre
Polhu, Cornualles, en Inglaterra, y St.
John`s, Terranova, en Canadá.
Viñeta satírica publicada en
la revista inglesa PUNCH
(1907)
51
La recuperación de la fuerza hidráulica
La producción y distribución de electricidad
52
Turbinas de vapor y centrales térmicas
La producción y distribución de electricidad
Esquema de una central térmica
Turbina Parsons – Brown Boveri (1901)
Turbina de vapor
de Giovani Branca
(1629)
53
Esquema del sistema de suministro eléctrico
La distribución de la energía alcanza a todos los puntos
donde es necesaria.
54
Los inicios de la tracción eléctrica
El primer tren eléctrico de Siemens
en la Exposición Universal de Berlín
(1879)
La primera locomotora CA del mundo
(1898-1902).
Motor: trifásico 3.000V y 15 Hz (70km/h).
diseñada por Kálmán Kandó en la
Compañía Ganz, Hungría.
55
La tracción eléctrica en España
El primer ferrocarril eléctrico de vía ancha
en el tramo Gregal – Santa Fe (Almería)
inaugurado en 1911Ferrocarril turístico del monte
Ulía – San Sebastián (1909)
56
Motores de combustión interna
Motor de pólvora
de Huigens y Papin
(1678)
Motor de gas de
Etienne Lenoir
(1860)
Gaskraftmaschine de Nicolaus Otto
(1878)
57
Motores de combustión interna y la automoción
“El reloj del abuelo”
Motor de Gotlieb Daimler
(1884)
“La
Reitwagen”, Gottlie
b Daimler y
Wilhelm Maybach
(1885)
58
Motores de combustión interna y
la automoción
Motor horizontal con encendido
eléctrico de Carl Benz (1885)
Primeros vehículos de Carl Benz
El “Velo” y el “Phaeton” (1894)
El gran desarrollo del motor de explosión ocurrirá en el siglo XX
59
Motores de combustión interna y
el vuelo autónomo
17 de diciembre de 1903, los
hermanos Wrigth se elevan, por
primera vez con una aeronave
mas pesada que el aire. El vuelo
duró 17 segundos
Louis Bleriot cruza el canal de
la Mancha el 25 de julio de
1909, con su avión Bleriot XI.
Llevaba un motor de 25CV
60
A las puertas del siglo XX
En los últimos 300 años, las nuevas habilidades mecánicas y
científicas desarrolladas durante “La revolución Industrial”, han
cambiado notablemente las estructuras de la humanidad:
Fuentes de energía y sistemas de uso y distribución.
Maquinas de todo tipo para múltiples tareas.
Vehículos que facilitan el transporte de personas y objetos.
Nuevos inventos e industrias a la espera de su desarrollo.
Pero durante el entrante siglo XX:
Dos Guerras Mundiales que utilizarán las nuevas tecnologías y
promoverán el desarrollo de otras muchas , generando poderes de
destrucción desconocidos hasta entonces.
El consumo de energía, se incrementará exponencialmente, y el control
y posesión de los recursos generará graves conflictos.
Los poderes económicos y los gobiernos asumirán, en buena medida, el
control de los futuros desarrollos.
61
El petróleo, el automóvil y la fabricación en serie
La primera explotación petrolífera
Titusvile – Pensilvania (1859)
Cadena de montaje del Ford T
en Detroit (1914)
62
Los nuevos materiales
El aluminio Materiales plásticos
Los nuevos materiales, sustituyen en
muchas aplicaciones al acero
La fabricación de polímeros
depende del petróleo
La extracción del aluminio requiere
cantidades ingentes de electricidad
63
La electrónica – La radio y la televisión
Experimento de Plücker
(1858)Triodo de Lee de Forest
(1906)
La televisión electromecánica de John Logie Braid (1929)
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La electrónica y el silicio
El transistor sustituye a las
antiguas lámparas de vacío
Los transistores permiten reducir el
tamaño de los aparatos electrónicos
El nivel de integración llega hasta
mas 1.100.000 transistores en un
solo chip
El silicio es, después del oxigeno, el
elemento más abundante. La obtención
de silicio con la pureza necesaria para la
electrónica (99,9999999%) es complejo.
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Nuevas fuentes de energíaEnergía nuclear
Energía solar y fotovoltaica
La nueva energía eólica
66
La informática
IBM 360 del año 1964
Ordenador portátil actual
67
Misión Apolo 11
16 de julio de 1965
Goddard con su primer
cohete con combustible
liquido (1926)
En intervalos de solo 40 años
Estación espacial EEI
(2005)
68
Un sencillo resumen final…
de la mano de Stanley Kubrick y Arthur C. Clarke