Turbina

Turbinas y energía hidroeléctrica

El agua embalsada bajo gran presión en una presa se hace pasar por un canal, donde mueve los álabes de grandes turbinas y los hace girar rápidamente. Las turbinas, a su vez, impulsan los generadores eléctricos.

Turbina, motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Los molinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas de viento.

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TURBINAS HIDRÁULICAS

Turbinas hidráulicas

Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energía del agua en movimiento. La turbina Kaplan es semejante a la hélice de un barco. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta. La rueda Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es más parecido al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando el agua procedente del conducto forzado golpea sus paletas o álabes. El agua sale a gran presión por la tobera e impulsa los álabes que hacen girar un eje.

El tipo más antiguo y más simple de turbina hidráulica es la rueda hidráulica, utilizada por primera vez en Grecia y empleada durante la antigüedad y la edad media para moler cereales. Consistía en un eje vertical con un conjunto de aspas o palas radiales situadas en una corriente de agua a gran velocidad. La potencia de la rueda era de unos 0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidráulica horizontal (o sea, un eje horizontal conectado a una rueda de palas vertical), descrita por primera vez por el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio en el siglo I a.C., tenía el segmento inferior de la rueda de palas insertada en la corriente, y actuaba como una rueda hidráulica de empuje inferior.

Hacia el siglo II d.C. se empezó a utilizar en las regiones montañosas la rueda hidráulica de empuje superior. En este caso, el agua se vertía sobre las palas desde arriba, y se obtenía energía adicional de la inercia del agua en su caída. En la edad media la potencia máxima de la rueda, fabricada con madera, aumentó de 3 a 50 CV.

La transición de la rueda hidráulica a la turbina es sobre todo semántica. El primer intento de formular la base teórica para el diseño de ruedas hidráulicas en el siglo XVIII corresponde al ingeniero civil británico John Smeaton, que demostró que la rueda de empuje superior era más eficaz. Sin embargo, el ingeniero militar francés Jean Victor Poncelet diseñó una rueda de empuje inferior cuyas palas curvadas aumentaban el rendimiento casi un 70%. El uso de esta máquina se extendió rápidamente. Otro ingeniero militar francés, Claude Burdin, inventó el término turbina, como parte de un análisis teórico en que se daba una gran importancia a la velocidad de rotación. Benoit Fourneyron, un alumno de Burdin en la Escuela de Minería de Saint Étienne, diseñó y construyó ruedas que alcanzaban velocidades de rotación de 60 rpm (revoluciones por minuto) o más y que proporcionaban hasta 50 CV en las factorías metalúrgicas francesas. Por último, Fourneyron construyó turbinas que trabajaban a 2.300 rpm, desarrollando 60 CV y un rendimiento de más del 80%.

A pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de Fourneyron tenía algunos inconvenientes causados por el flujo centrífugo del agua que la atravesaba. Esto provocaba problemas si se reducía el flujo de agua o su carga. El ingeniero estadounidense nacido en Gran Bretaña James B. Francis diseñó una turbina en la que el flujo se producía hacia el interior. La llamada turbina de reacción o turbina Francis se convirtió en la turbina hidráulica más utilizada con presiones de agua, o alturas de caída, equivalentes a una columna de agua de 10 a 100 m. Este tipo de turbina funciona debido a la expansión del agua mientras fluye a través de los espacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o reacción, con un componente tangencial que pone la rueda en movimiento.

La rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero estadounidense Lester Allen Pelton, se empezó a aplicar durante la segunda mitad del siglo XIX, en instalaciones donde la presión del agua era equivalente a una columna de agua de entre 90 y 900 m. En este tipo de turbinas, el agua se conduce desde un depósito a gran altura a través de un canal o una conducción forzada hasta una boquilla eyectora que convierte la energía cinética del agua en un chorro a presión. Dado que la acción de la rueda Pelton depende del impulso del chorro sobre ella, en lugar de la reacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina también turbina de acción.

El aumento de las necesidades de energía hidroeléctrica durante los albores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas que pudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que se podrían utilizar en muchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, el ingeniero austriaco Viktor Kaplan planteó por primera vez la turbina de hélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró la turbina haciendo que las palas pudieran pivotar sobre su eje. Los distintos ángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo al volumen de la caída de agua.

Para mantener una salida constante de voltaje en una instalación hidroeléctrica, la velocidad de la turbina se debe mantener constante, independientemente de las variaciones de la presión del agua que las mueve. Esto requiere gran número de controles que, tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varían el ángulo de las palas. En las instalaciones de ruedas Pelton, el flujo del agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla de derivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente en canales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en la presión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos. Con estos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de las boquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hace con mucha lentitud para evitar martillos de agua.

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AVANCES EN EL DISEÑO DE LAS TURBINAS

La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídas mayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, las turbinas Kaplan se emplean en caídas de unos 60 m, y en el caso de las turbinas Francis de hasta 610 m. La instalación de caída más alta del mundo (1.770 m) se encuentra en Reisseck, en Austria, y las turbinas más grandes del mundo están en una planta generadora de la presa de Itaipú, entre Paraguay y Brasil, donde se utilizan 18 turbinas de tipo Francis de 700 megavatios (MW) de potencia cada una, que consiguen un total de 12.600 MW.

Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de 1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y la mano de obra que requieren. Sin embargo, el aumento de los costos de los combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original.

Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a la inversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como un motor. Dado que no es posible almacenar la energía eléctrica de forma económica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por las centrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctrica durante las horas de consumo elevado. En los últimos años se han desarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades de más de 400 MW.

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TURBINAS DE VAPOR

Carl Gustaf de Laval

Al ingeniero sueco Carl Gustaf de Laval se le considera el inventor de la turbina de vapor, si bien en el desarrollo de este mecanismo intervinieron otros inventores notables.

El éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio de la turbina para extraer energía del vapor de agua. Mientras que la máquina de vapor de vaivén desarrollada por el inventor e ingeniero escocés James Watt utilizaba la presión del vapor, la turbina consigue mejores rendimientos al utilizar también la energía cinética de éste. La turbina puede ser más pequeña, más ligera y más barata que una máquina de vapor de vaivén de la misma potencia, y puede ser de un tamaño mucho mayor que las máquinas de vapor convencionales. Desde el punto de vista de la mecánica, tiene la ventaja de producir directamente un movimiento giratorio sin necesidad de una manivela o algún otro medio de convertir la energía de vaivén en energía rotatoria. Como resultado de ello, la turbina de vapor ha reemplazado a las máquinas de vaivén en las centrales generadoras de energía eléctrica, y también se utiliza como una forma de propulsión a chorro.

Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica de origen nuclear y en la propulsión de los buques con energía nuclear. En las aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado en un proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor se pueden utilizar en ciclos (escalones) combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales se utilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores y generadores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de hasta 1.300 MW.

La turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fue el resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX. Algunos de los participantes más notables en este desarrollo fueron el británico Charles Algernon Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fue responsable del denominado principio de escalones, mediante el cual el vapor se expandía en varias fases, aprovechándose su energía en cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñar chorros y palas adecuados para el uso eficiente de la expansión del vapor.

4.1

Funcionamiento de la turbina de vapor

El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna (véase Termodinámica). Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna en 400 calorías puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son extremadamente ligeras.

Si bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partes fundamentales de las turbinas de vapor son similares. Consisten en boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión, descendiendo la temperatura y ganando energía cinética, y palas sobre las que actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. La disposición de los chorros y las palas depende del tipo de turbina. Además de estos dos componentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas o tambores sobre los que están montadas las palas, un eje para las ruedas o los tambores, una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de la zona de la turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos de lubricación y controladores.

4.2

Tipos de turbina de vapor

La forma más sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina de acción, en la que los chorros de la turbina están sujetos a un punto dentro de la carcasa de la turbina, y las palas están dispuestas en los bordes de ruedas que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a través de las boquillas y alcanza las palas. Éstas absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que hace girar la rueda y con ella el eje al que está unida. La turbina está diseñada de forma que el vapor que entra por un extremo de la misma se expande a través de una serie de boquillas hasta que ha perdido la mayor parte de su energía interna.

En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas móviles y las otras fijas. Las palas están colocadas de forma que cada par actúa como una boquilla a través de la cual pasa el vapor mientras se expande. Las palas de las turbinas de reacción suelen montarse en un tambor en lugar de una rueda. El tambor actúa como eje de la turbina.

Para que la energía del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos de turbina, es necesario utilizar varios escalones en cada uno de los cuales se convierte en energía cinética una parte de la energía térmica del vapor. Si se hiciera toda la conversión de los dos tipos de energía en un solo escalón, la velocidad rotatoria de la rueda sería excesiva. Por lo general, se utilizan más escalones en las turbinas de reacción que en las turbinas de acción. Se puede comprobar que, con el mismo diámetro y la misma cantidad de energía, la turbina de reacción necesita el doble de escalones para obtener un rendimiento máximo. Las turbinas más grandes, que normalmente son de acción, emplean hasta cierto grado la reacción al principio del recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz. Muchas de las turbinas de reacción utilizan primero un escalón de control de acción, lo que reduce el número de escalones necesarios.

A causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, es necesario aumentar en cada escalón el tamaño de las aberturas a través de las cuales pasa el vapor. Durante el diseño real de las turbinas, este aumento se consigue alargando las palas de un escalón a otro y aumentando el diámetro del tambor o la rueda a la que están acopladas las palas. También se agregan dos o más secciones de turbina en paralelo. Como resultado de esto, una turbina industrial pequeña puede ser prácticamente cónica, con el diámetro más pequeño en el extremo de entrada, de mayor presión, y el diámetro mayor en el extremo de salida. Las grandes turbinas de una central eléctrica nuclear pueden tener cuatro rotores con una sección de alta presión con flujo doble, seguida de tres secciones de baja presión y flujo doble.

Las turbinas de vapor son máquinas simples que tienen prácticamente una sola parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunos componentes auxiliares para funcionar: cojinetes de contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje para mantener la posición axial del eje, un sistema de lubricación de los cojinetes y un sistema de estanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el aire entre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en la admisión de vapor de la máquina. La caída de presión en las palas produce además una fuerza axial considerable en las palas móviles, lo que se suele compensar con un pistón de equilibrado, que crea a su vez un empuje en sentido opuesto al del vapor.

La eficiencia de expansión de las turbinas modernas de varios escalones es alta, dado el avanzado estado de desarrollo de los componentes utilizados en las turbinas y la posibilidad de recuperar las pérdidas de un escalón en los siguientes, con un sistema de recalentamiento. El rendimiento que se obtiene al transformar en movimiento la energía teóricamente disponible suele superar el 90%. La eficiencia termodinámica de una instalación de generación con vapor es mucho menor, dada la pérdida de energía del vapor que sale de la turbina.

lunes, 21 de febrero de 2011

Turbina de combustión

Turbina de combustión, también denominada turbina de gas, motor que utiliza el flujo de gas como medio de trabajo para convertir energía térmica en energía mecánica. El gas se produce en el motor como resultado de la combustión de determinadas materias. Unas toberas estacionarias lanzan chorros de dicho gas contra los álabes (paletas) de una turbina, y el impulso de los chorros hace girar el eje de la turbina. Una turbina de combustión de ciclo simple incluye un compresor que bombea aire comprimido a la cámara de combustión. El combustible, en forma gaseosa o nebulizada, también se inyecta en dicha cámara, donde se produce la combustión. Los productos de la combustión salen de la cámara a través de las toberas y hacen moverse la turbina, que impulsa el compresor y una carga externa como un generador eléctrico.

En una turbina o un compresor, una fila de álabes fijos y una fila correspondiente de álabes móviles unidos a un rotor se denomina una etapa. Las máquinas grandes emplean compresores y turbinas de flujo axial con varias etapas.

La eficiencia del ciclo de una turbina de combustión está limitada por la necesidad de un funcionamiento constante a temperaturas altas en la cámara de combustión y en las primeras etapas de la turbina. Una turbina de gas pequeña de ciclo simple puede tener una eficiencia termodinámica relativamente baja en comparación con un motor de gasolina corriente. Los avances en los materiales resistentes al calor, los recubrimientos protectores y los sistemas de enfriamiento han hecho posible grandes unidades con una eficiencia en ciclo simple del 34% o más.

En un motor de ciclo combinado, la cantidad considerable de calor que queda en los gases de escape de la turbina se dirige hacia una caldera denominada generador de vapor por recuperación de calor. El calor recuperado se usa para producir vapor, que alimenta una turbina de vapor asociada. El rendimiento combinado es un 50% mayor que el de la turbina de gas por sí sola. Hoy se instalan turbinas de ciclo combinado con una eficiencia térmica del 52% y más. Las turbinas de combustión se emplean para propulsar barcos y trenes. En los aviones se usa una forma modificada de la turbina de combustión, el turborreactor. En algunos países las turbinas de combustión pesadas, tanto de ciclo simple como combinado, ocupan un lugar importante en la generación de electricidad a gran escala. Es posible obtener una potencia por unidad superior a los 200 megavatios (MW), y la potencia de una turbina de ciclo combinado puede superar los 300 MW.

Las turbinas de combustión emplean como combustible gas natural o líquidos como queroseno o gasoil. También puede usarse carbón, una vez transformado en gas en un gasificador aparte. 

Trineo de vela

Trineo de vela, vehículo sobre patines o esquíes que se desliza sobre superficies heladas impulsado normalmente por velas.

Los trineos de vela modernos constan de un casco central tubular, una tabla perpendicular con un patín en cada extremo y un tercer patín situado a proa o a popa que actúa de timón. Antiguamente se utilizaban en Escandinavia como medio de transporte y arrastre. Actualmente este tipo de vehículo se sigue empleando con esta finalidad en algunas regiones de Europa.

El deporte de la navegación sobre patines nació en el río Shrewsbury, en Nueva Jersey (EEUU), hacia 1840. Posteriores innovaciones, que permitieron alcanzar velocidades de hasta 225 km/h, lo convirtieron en el vehículo más rápido de comienzos de siglo. Los trineos de vela modernos, con esloras de hasta 6 m y superficies de velamen de entre 7 y 32,5 m², alcanzan una velocidad media que oscila entre 65 y 95 km/h sobre la distancia habitual de competición. Últimamente se han introducido en este tipo de vehículos motores de aire, motores fueraborda con una rueda de púas para propulsar el trineo por el hielo y motores de propulsión a chorro.

Queroseno

Queroseno, fracción del petróleo bruto que destila, aproximadamente, entre 150 y 300 ºC. Ha recibido también los nombres de petróleo para quemar, keroseno y petróleo para alumbrado. En la actualidad apenas se utiliza como combustible para iluminación; su principal aplicación es como combustible de cohetes, de aviones de propulsión a chorro y de motores diesel.

Se obtiene por destilación del petróleo a presión atmosférica y presenta una volatilidad intermedia entre la de la gasolina y el gasóleo. Está compuesto, principalmente, por hidrocarburos de diez a doce átomos de carbono, por lo que su craqueo permite obtener hidrocarburos de menor número de átomos de carbono.

El queroseno tipo jet fuel es un queroseno con un contenido máximo en hidrocarburos aromáticos del 22% en volumen y se utiliza en aeronaves comerciales.

Peróxido de hidrógeno

Peróxido de hidrógeno, compuesto químico de hidrógeno y oxígeno, de fórmula H₂O₂. El peróxido de hidrógeno anhidro en estado puro es un líquido incoloro en forma de jarabe con una densidad relativa de 1,44. Tiene sabor metálico y puede causar ampollas en la piel. El líquido solidifica a -0,41 °C. Es inestable en disoluciones concentradas y el líquido en estado puro puede explotar si se calienta por encima de 100 °C. Es soluble en agua en cualquier proporción y para usos comerciales se emplea en disoluciones acuosas del 3% y el 30%. Para ralentizar la descomposición del peróxido en agua y oxígeno, se le añaden sustancias orgánicas como la acetanilida y se almacena en botellas oscuras a baja temperatura.

El peróxido de hidrógeno se fabrica en grandes cantidades por electrólisis de disoluciones acuosas de ácido sulfúrico, de bisulfato ácido de potasio o de sulfato ácido de amonio. También se prepara por la acción de los ácidos sobre otros peróxidos, como los de sodio y bario.

Actúa como agente reductor y oxidante. Sus propiedades oxidantes se aprovechan para blanquear sustancias, como el pelo, marfil, plumas y materiales delicados que podrían dañarse empleando otros agentes. En medicina se utiliza en disoluciones acuosas al 3% como antiséptico y colutorio. También se usa en la restauración de los colores originales de cuadros oscurecidos al transformarse el plomo blanco de las pinturas en sulfuro de plomo negro. El peróxido de hidrógeno oxida el sulfuro de plomo y lo transforma en sulfato de plomo blanco. También es una fuente de oxígeno en la mezcla combustible de cohetes y torpedos. Como agente reductor sólo reacciona con productos químicos fácilmente reducibles como el óxido de plata y el permanganato de potasio (VII).

Patente de corso

Patente de corso, en Derecho internacional, término aplicado a los buques armados de propiedad privada cuyos propietarios son comisionados por una nación beligerante para llevar a cabo acciones de guerra. A estas autorizaciones se las denominaba letters of marque, y los actos llevados a cabo por quien tenía tal autorización se distinguen de los de piratería porque éstos carecían de cobertura por parte de Gobierno alguno. Las patentes de corso fueron abolidas en la Declaración de París de 1856, si bien algunas naciones no la suscribieron en principio (Estados Unidos, España, México y Venezuela, entre otros). La Conferencia de La Haya de 1907 estableció las condiciones bajo las cuales un buque mercante privado comisionado para propósitos de guerra tiene la condición jurídica de buque de guerra.

La práctica de las patentes de corso precedió a la creación de las armadas nacionales. En la edad media, los Estados europeos que contaban con escaso número de buques de guerra se veían en la necesidad de alquilar barcos de propiedad privada para fines bélicos. Este procedimiento generaba importantes beneficios gracias a los saqueos de los buques enemigos, lo que resultaba tan rentable para los Estados que degeneró en una práctica habitual. Los propietarios de los barcos contaban con autorización para hacerse con una parte del botín cada vez que apresaban un buque.

En la Conferencia de La Haya (1922-1923), se trató de regular el uso de las aeronaves y de la radio en tiempo de guerra, y se llegó a prohibir el uso de patentes de corso en el espacio aéreo. Se estableció que, si los derechos de los beligerantes en el mar sólo se podían ejercitar por unidades bajo la autoridad, control y responsabilidad de la nación comitente, en lo que respecta al espacio aéreo los derechos debían tener un ejercicio sometido a los mismos límites.

Organización Internacional de Satélites Marítimos

Organización Internacional de Satélites Marítimos (Inmarsat), organismo que gestiona un sistema de satélites que facilita la movilidad de las comunicaciones por tierra, mar y aire. Establecida con fines pacíficos, Inmarsat empezó a funcionar en 1979 para proporcionar una comunicación global en el transporte comercial vía satélite, pero amplió sus actividades a las comunicaciones aeronáuticas y terrestres en 1985 y 1988. En 1995 Inmarsat estaba integrada por 78 Estados. Gracias a la serie de satélites Inmarsat-2 y a otros satélites alquilados a la Agencia Espacial Europea (ESA), la organización proporciona servicios de transmisión de datos como el teléfono directo, conexiones de télex, fax y correo electrónico, información automática de posición y condición destinada al transporte aéreo y terrestre, así como servicios de socorro y seguridad. Más de 25.000 estaciones terrestres móviles utilizaban Inmarsat a finales de 1992. La red es controlada las 24 horas del día desde su sede en Londres.

Los Estados miembros están representados en la Asamblea, que se reúne cada dos años para revisar actividades, decidir objetivos y hacer recomendaciones al Consejo, que se reúne al menos tres veces al año y está compuesto por representantes procedentes de los 18 países que cuentan con mayores volúmenes de inversión, más otros cuatro que defienden los intereses de los que se encuentran en vías de desarrollo. El órgano administrativo que controla su labor cotidiana es el Directorio, también con sede en Londres.

Monzones, tormentas tropicales y tornados

Sin la atmósfera, la vida en la Tierra no existiría. La atmósfera filtra los rayos solares, retiene más del 50% de su energía y amortigua las variaciones de temperatura en la superficie del globo. Más de la mitad del total del aire contenido en la atmósfera se encuentra en los cinco primeros kilómetros de la troposfera, cuyo espesor de unos 10 km contiene las tres cuartas partes de la masa atmosférica.

Las masas de aire están en continuo movimiento: el aire caliente se dilata y al ser más ligero tiende a elevarse; el aire frío, por el contrario, se comprime y tiende a caer. Del mismo modo el aire húmedo es más ligero que el aire seco.

Los vientos soplan desde las altas presiones, anticiclones (aire frio), hacia las bajas presiones, ciclones o depresiones (aire cálido y húmedo); cuando dos masas de aire entran en contacto se produce un frente que perturba el tiempo atmosférico. Estas perturbaciones dan lugar a sistemas nubosos y lluvias.

La violencia o duración de estas tormentas puede causar catástrofes naturales, acompañadas siempre por pérdidas materiales y de vidas humanas. Los fenómenos atmosféricos más significativos y destructivos son los monzones, las tormentas tropicales y los tornados.

Monzones

Los monzones son vientos estacionales que soplan, bien del continente, bien del océano, acompañados de lluvias concentradas en una estación lluviosa de gran intensidad (verano), y una estación seca (invierno). La causa de la formación de estos vientos es la diferencia de presión atmosférica entre el continente y los océanos; las variaciones de temperatura del aire continental son más fuertes que las de las masas de aire marítimo. Los monzones influyen en el clima de la India, Bangladesh, Sureste asiático y, en menor medida, del norte de Oceanía, Golfo de Guinea y Madagascar.

El clima del subcontinente indio es un ejemplo del más clásico y característico clima monzónico. Al principio del invierno, las altas presiones se centran en el continente, enfriado por las bajas temperaturas reinantes, mientras que sobre las aguas del Océano Índico se centra el área de bajas presiones. El viento del noreste diverge, pues, del continente hacia el mar. El movimiento desplaza aire frío desde el Himalaya y el norte de la India hasta el Océano Índico, originando el monzón de invierno, que da lugar a un clima fresco, seco y soleado en la India durante el invierno.

Con la llegada del verano, el modelo se invierte. En el sur de Asia, recalentado por las elevadas temperaturas, algunas zonas del norte y el centro de la India alcanzan temperaturas superiores a los 40 °C, las bajas presiones situadas en el continente aspiran el aire de las altas presiones localizadas, esta vez, en el Océano Índico. Las masas de aire se ponen en movimiento desde el mar hacia el interior de la tierra en dirección noreste originando el monzón de verano, viento cálido y húmedo, que al chocar con los relieves costeros provoca lluvias de gran intensidad durante la estación cálida.

El Himalaya forma una barrera que obliga a las masas de aire cálido y húmedo a descargar su humedad sobre el sur de Asia. Las laderas sur del Himalaya reciben gran cantidad de precipitaciones, mientras que las del norte reciben pequeñas cantidades. Este efecto orográfico también se reproduce en la costa suroeste de la India por la presencia de las montañas Ghates Occidentales. Así, algunas zonas de la India reciben enormes cantidades de precipitaciones durante la temporada monzónica de verano; Cherrapunji, al noreste, recibe más de 12.000 mm de lluvias cada año, la mayor parte durante el verano.

Las lluvias de verano causan graves inundaciones en Bangladesh y en otras regiones monzónicas. En estas regiones, mucha gente construye sus casas sobre pilares previendo las inundaciones anuales. Aún así, estas lluvias son esenciales para los cultivos, especialmente después de seis meses de clima monzónico invernal seco. Cuando las lluvias monzónicas no son abundantes, se producen sequías y pérdida de cosechas.

Tormentas tropicales

Las tormentas tropicales son fenómenos meteorológicos de una violencia extremada que se forman en el océano Océano Atlántico, el Océano Índico y el Océano Pacífico, y afectan a ciertas regiones de los trópicos lluviosos. Los que se forman en el Océano Atlántico y este del Océano Pacífico son conocidos como huracanes; los formados en el oeste del Océano Pacífico se conocen como tifones (en chino "gran viento") y ciclones los formados en el Océano Índico, willy-willies para los australianos y baguíos en Filipinas.

Los huracanes y tifones se forman durante los meses más calurosos del año en las zonas de calmas ecuatoriales cercanas al ecuador. El aire cálido y húmedo se eleva, se enfría y se condensa formando nubes tormentosas con fortísimas corrientes de aire en su interior. A medida que los vientos se hacen más fuertes, comienzan a arremolinarse alrededor de un centro de bajas presiones llamado el "ojo de la tormenta" y debido a la presencia de corrientes descendentes en el centro de la perturbación. Los tifones y huracanes giran en dirección contraria a las agujas del reloj en el hemisferio norte y en dirección a las agujas del reloj en el hemisferio sur como resultado de la rotación terrestre. Desde el borde de la tormenta hasta su centro, la presión atmosférica desciende y la velocidad del viento aumenta.

Las tormentas tropicales se desplazan arrastradas por los vientos alisios hacia el oeste, ganando fuerza a medida que acumulan la humedad del aire. Sobre los océanos, las tormentas producen vientos de gran violencia, lluvias torrenciales y el ascenso del nivel del mar. Las tormentas comienzan a disiparse una vez que alcanzan tierra firme, debido a la paulatina ausencia de su fuente de humedad oceánica.

Los tifones y huracanes son especialmente perjudiciales en las zonas costeras bajas, en las que provocan destrucción general como consecuencia de mares agitados, desbordamiento de ríos y fuertes vientos. Gilbert, el huracán más fuerte que se ha producido en el siglo XX, devastó en 1988 Jamaica y zonas de México con vientos racheados de hasta 350 km/h.

El diámetro del área afectada por estos vientos de gran fuerza destructiva puede superar los 240 km. Los vientos de tormenta prevalecen sobre una amplia área, de unos 480 km de diámetro. En el ojo de la tormenta, cuyo diámetro suele ser de unos 24 km, se produce una zona de vientos en calma y ausencia de nubes.

La fuerza de una tormenta tropical se mide de uno a cinco; las tormentas más suaves, de categoría uno, tienen vientos de al menos 120 km/h, las más fuertes y excepcionales, de categoría cinco, tienen vientos que superan los 250 km/h.

En el hemisferio norte, las tormentas suelen desplazarse primero en dirección noroeste. A medida que se desplazan hacia altas latitudes, los vientos del oeste las hacen girar hacia el noreste. En el Océano Atlántico norte, los huracanes afectan al Caribe, al este de México y al Sureste de Estados Unidos. Algunos huracanes giran más al norte y se desplazan por toda la costa de Estados Unidos y Canadá. En el Océano Pacífico este, los huracanes a menudo baten las costas del oeste de México. Los tifones afectan al Sureste asiático, China y Japón en el Océano Pacífico oeste. En el norte del Océano Índico, los ciclones afectan a la India y a otros países del sur de Asia.

En el hemisferio sur, los ciclones generalmente se dirigen hacia el suroeste y posteriormente hacia el sureste. Estos ciclones azotan la costa sureste de África, Madagascar, norte de Oceanía, Indonesia y las islas del sureste del Océano Pacífico.

Para poder estudiar los ciclones y huracanes, los científicos vuelan en avión al interior de las tormentas y miden la dirección y velocidad de los vientos, la localización y el tamaño del ojo de la tormenta, las presiones en el interior de las tormentas y la estructura térmica. Los meteorólogos también utilizan radares, intrumentos de grabación situados en el mar y satélites meteorológicos geosincronizados. Los perfeccionados sistemas de predicción y comunicaciones han ayudado a minimizar las pérdidas humanas, pero los daños causados por pérdidas materiales aún son considerables, especialmente en zonas costeras.

Tornados

La velocidad que alcanza el viento puede superar los 400 km/h, aunque se estima que ha habido velocidades superiores en tormentas extremadamente fuertes (805 km/h). Los tornados, aunque de corta vida, son las tormentas más violentas del planeta.

Los cumulonimbos son nubes enormes y oscuras, que se crean cuando un frente frío se encuentra con una masa de aire húmedo y caliente. Estas nubes de rápida formación, generan tormentas en las que el aire caliente se eleva con rapidez, creando una poderosa corriente ascendente. En la parte superior de la tormenta, fuertes vientos cruzados comienzan a hacer girar el área central de la corriente ascendente formando un torbellino. Los vientos incrementan la velocidad de esta corriente, acumulando más humedad en el interior de la tormenta. El torbellino gira en círculos cada vez más cerrados, aumenta su velocidad y crece en altura a través de las nubes. Finalmente, el tornado, con forma de embudo, desciende desde el fondo de la nube y alcanza la tierra con gran intensidad.

Los fuertes vientos destruyen todo lo que encuentran a su paso. Además de acumular polvo, que hace que el tornado sea visible, la fuerte corriente ascendente puede succionar todo tipo de objetos, coches, tejados, árboles, animales e incluso personas. A menudo se puede detectar la ruta de un tornado por la destrucción que va dejando a su paso.

Un tornado puede medir desde unos pocos metros hasta aproximadamente un kilómetro de ancho cuando alcanza el suelo. Puede recorrer distancias que varían desde pocos metros hasta 8 ó 10 km, en termino medio. La mayoría de los tornados sólo duran unos pocos minutos, pero los de gran intensidad pueden durar más de una hora. Un solo sistema de tormentas que dure unas horas puede generar varios tornados a la vez que cubren grandes distancias.

La mayoría de los tornados giran en dirección contraria a las agujas del reloj en el hemisferio norte y en dirección a las agujas del reloj en el sur, pero en ocasiones pueden invertir este comportamiento. Los tornados de alta mar, llamados trombas marinas, son más débiles y se producen con mucha frecuencia en aguas tropicales.

Los tornados son más comunes y tienen mayor fuerza en las latitudes templadas, Estados Unidos, Europa occidental, Japón, India, Suráfrica, Argentina y Oceanía. Los tornados más violentos ocurren en la zona central de los Estados Unidos, donde a menudo se forman a principios de la primavera; la mayor frecuencia de tornados tiene lugar en un área llamada "Tornado Alley", que se extiende desde Texas y Oklahoma hasta Kansas y Iowa.

Aunque los tornados son difíciles de predecir, los científicos suelen detectar los más grandes con radares Doppler y advertir a los residentes de las zonas afectadas.

DE LOS PRIMEROS TRENES ELÉCTRICOS A LOS DE ALTA VELOCIDAD

Ya a fines del siglo XIX comienzan los trabajos de electrificación en los ferrocarriles.

En realidad, el primer ferrocarril eléctrico fue construido por el ingeniero Werner Von Siemens para la Berlin Trades Exhibition, del 31 de mayo al 30 de septiembre de 1879. Su montaje se hizo en trocha angosta sobre un largo de 600 yardas. La máquina tenía 3 HP, Y tomaba la corriente de 150 v de un tercer riel. Llevaba pasajeros en 3 coches a la velocidad de 4 millas la hora.

Así sucesivamente fueron construyéndose trenes subterráneos en las grandes ciudades como en los suburbios. Todas las Instalaciones, en general eran a tercer riel y concatenarlas, o sea tomaban la corriente con pantógrafo, colocado
encima de los vehículos, y la corriente era continua, con distintos tipos de voltaje según el que se elegía.

De todos modos las instalaciones tenían un gran costo v necesitaban gran cantidad de tiempo para amortizar el dinero invertido, por lo tanto solamente se electrificaban las .líneas de gran movimiento de trenes.

Pero el gran adelanto en esta materia, es la electrificación con corriente alterna de 25.000 v (25 Kv) 50 c/s. Todas las Instalaciones desde hace 30 años casi se hacen con este sistema, así el costo de las obras fijas bajan en más o menos un 50 por ciento.

Este sistema se originó en una idea hoce ya bastante tiempo, entre 1915 y 1920. La iniciativa la tuvo el ingeniero húngaro llamado Koloman Kando, ingeniero en jefe de la
famosa casa Ganz & Cía., de Hungría, dedicada a la construcción de famosos materiales ferroviarios.

Se le ocurrió aplicar a una locomotora eléctrica que se estaba desarrollando en esa fábrica, una sola fase de corriente alterna que se tomaba directamente del sistema
nacional de 50 ciclos, 16Kv. La única fase fue convertida a tres fases. La locomotora fue experimentada en una línea especialcerca de Budapest y la frontera austríaca, hasta la localidad de Hegyeshalom (119 millas), en 1933.

En 1936, los alemanes tomaron el sistema para colocarlo en el ferrocarril de Hollenthal, desde el Rhin hasta la Selva Negr9, en 48 millas, que fungían como ruta para experiencias.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, esta parte quedó en la zona francesa. Los Ingenieros de este país quedaron impresionados por la potencialidad del sistema.

El paso del tiempo, no hizo rnós que manifestar las enormes ventajas del mismo. La corriente tomada directamente del abastecimiento estándar de la industria, hace que el tren sólo necesite conductores livianos, además se usan estructuras menos pesadas y pocas subestaciones.

En la década del sesenta con este sistema, se inauguran los ferrocarriles de gran velocidad, comenzando un hito en la historia de los transportes ferroviarios.

FERROCARRILES DE GRAN VELOCIDAD JAPÓN

Comienzan a ponerse en funcionamiento los avances tecnológicos en los ferrocarriles en Japón, el 1 de noviembre de 1965, cuando las grandes velocidades alcanzan los 160 Km por hora.

Se construye una línea de trocha estóndar, también llamada media, la primera en Japón, pues todas las demós existentes son de 1,07m, y se le llama la línea del Tokaido. Une Tokio con Osaka a 321 millas.

A partir de este comienzo nuevas líneas se van construyendo en Japón, los trenes corren ya cerca de los 300 km por hora, por nuevas líneas que se van extendiendo por todo el territorio japonés, y además predominan diseños cada vez más eficaces en los trenes; éstos son los famosos trenes denominados "Bala".

J.R. Central indujo el 8 de marzo de 1990, el prototipo de su nueva generación de trenes Shinkansen, el de la serie 300 o .Súper Hlkari. El nuevo tren podrá circular a 270 km/h en lugar de la actual velocidad de 220 km/h en la línea del Tokaido existente. Se someterá a ensayos durante alrededor de un año y, si da buenos resultados, se ordenaron versiones para su producción a partir del año 1991.

FRANCIA

En Franela las velocidades con los nuevos trenes T.G.V. han cambiado la Imagen del transporte ferroviario, a situaciones Impensadas hasta hacía pocos años.

Ya corren normalmente los trenes a 300 km/h. y el nuevo T.G.v. Atlóntlco el 18 de mayo de 1990, a las 10.06 de la mañana, en prueba, batió todos los récords en velocidad
sobre rieles ortodoxos, pero con tendidos especiales para este tipo de trenes; la velocidad fue de 515,3 km/h. La Sociedad Nacional de Ferrocarriles Franceses (SN.C.F.) ha propuesto al gobierno que se construyan 14 nuevas líneas de gran velocidad T.G.v. de un total de alrededor de 3.400 km para el año 2015, a un costo de 33.000 millones de dólares.

Las nuevas líneas incluyen la propuesta -- T.G.V. Este-, de París a Estrasburgo.

ALEMANIA

Los servicios ferroviarios de Intercity, en Alemania, van a dar un paso importante en 1991. Esto marca la entrada en servicio de una nueva generación de trenes de alta velocidad, llamados Interclty Express (ICE), y la terminación de las dos primeras líneas de alta velocidad construidas por los Ferrocarriles Federales Alemanes (DB), con un total de 427 km. Esto permite introducir a los alemanes sus primeros servicios en la gama de velocidades de 200 a 280 km/h.

Unió las ciudades de Hamburgo, Frankfurt, Stuttgart y Múnich La primera línea de alta velocidad tiene solamente el 5% de terreno natural, todos los restantes son viaductos, puentes, túneles, terraplenes, etc. Los ICE significan mucho más que velocidad y viajes más cortos: están capacitados para ofrecer a los viajeros más confort que los trenes Interclty convencionales. Además, desde el punto de vista tecnológico, representan una ventaja a la gran velocidad; sobre todo, el bajo nivel de ruido de las ruedas, y la arodinámica muy elaborada hace que estos trenes sean muy silenciosos,
en comparación con otros trenes de alta velocidad.

Actualmente se están elaborando en Alemania, planes para construir una versión internacional del ICE, llamada ICE- M. En resumen, el ICE, ofrece velocidad y gran confort.

ITALIA

En Italia siguen a todo ritmo la modernización de los ferrocarriles; se trabaja rápidamente para la cuadruplicación de la línea Roma-Milán.

La alta velocidad en Italia ya funciona con un magnífico tren, el ETR 450, con un rendimiento máximo de 250 km/h.

Ya próximo a entrar en servicio para las líneas de alta velocidad, se encuentra el ETR X 500, que ha completado todos los tests con un resultado muy positivo. El diseño es
Pininfarina. Los Ferrocarriles Italianos (FS) han encargado -42 trenes para la red de alta velocidad, las "Diretisslma" Italianas.

Países NÓRDICOS

Los países nórdicos tienen todos ellos una población dispersa, a la vez que la difícil geografía a menudo se opone a la explotación eficiente y competitiva de los ferrocarriles; por lo tanto es una cuestión de supervivencia el hecho de que los ferrocarriles de estos cuatro países se han vuelto los más . Innovadores del mundo, en cuanto a organización y administración, y además en la adaptación de tecnologías para necesidades específicas y técnicas para la explotación. Suecia ha ido más lejos que nadie en el mundo en sus intentos de igualar la competencia de otros medios de transporte. Ha Introducido el X-2 para 200 kilómetros por hora. Que no es un tren del tipo T.G.V., que sería totalmente inapropiado para un país como Suecia.

La solución elegida es una combinación de mejoras relativamente modestas de las vías y señalización, y un nuevo tren inclinable para la vinculación de Estocolmo, que con Gotemburgo, luego también se comunicará con Malmo.

LA URSS

URSS posee también un tren de alta velocidad. En el año 1974comenzó a realizar servicios entre Moscú y Leningrado, a una velocidad de 200 Km/h. El ER-200, tal es su designación, consta de 14 coches; está construido enteramente en aluminio y posee sistemas de regulación interior de temperatura, que actúan automáticamente adaptándose a las cambiantes y rigurosas condiciones climáticas imperantes en el territorio soviético.