Eficiencia energética: ¿es siempre el camino correcto?

Hoy aparece publicada una colaboración mía en la página web especializada en energía, Nergiza. La he realizado junto a Miguel Santander, alguien cuyo libro os recomiendo leer. A continuación, comienza la entrada:

Eficiencia energética, dos palabras mágicas que últimamente parecen estar en todas partes: publicidad, legislación, actividades formativas… A priori parece sensato pensar que invertir tiempo y dinero en la mejora de la eficiencia energética de un producto siempre será beneficioso para el medioambiente. ¿Es esto cierto? ¿Es siempre el camino de la eficiencia energético el camino correcto?

En el ciclo de vida de un producto se distinguen dos etapas claras, el desarrollo del producto inicial y una posterior mejora continua. A partir de aquí solo parecen existir dos salidas, seguir mejorándolo hasta el infinito o que el propio mercado lo rechace y se deje de producir.

En el caso de productos con consumos energéticos importantes, esta mejora continua se suele centrar en obtener mejores cifras en cuanto a su eficiencia energética. En Nergiza nos preguntamos si los recursos (tiempo, dinero…) que utilizan las empresas en mejorar la eficiencia energética de sus productos no estarían, algunas veces, mejor invertidos en la búsqueda de alternativas a las tecnologías actuales.

Si queréis seguir leyendo, aquí la fuente original.

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La mecánica de las bolas de El Gordo

En esta época del año en el que han afloran muchos e interesantes posts sobre las probabilidades de que a una persona le toque el Gordo o la Lotería basándose en las matemáticas. Sin embargo, ¿todas las bolas tienen las mismas posibilidades? Me explico: las bolas que entran en el bombo son de madera de boj, pero en ella llevan indicado una cifra a la que representan. ¿Esa tinta pesa? Si el giro del bombo se traduce en fuerzas centrífugas ejercidas sobre unos sólidos con masa, ¿da ventaja que la bola pese más o menos? ¿El número 1 tiene menos posibilidades de resultar ganador en comparación al número 10.000? ¿O simplemente, el 80.000 tiene más posibilidades que el 10.000 por tener más tinta, y en consecuencia, más masa? 

Fuente

Recordemos que la fuerza centrífuga es la fuerza que hace que en un movimiento giratorio, un sólido se aleje del eje de giro. Dada que la fórmula es 

(donde m es masa, w es la velocidad de giro, y r es el radio de giro), vemos que cuanta mayor masa tenga la bolita, con más fuerza irá hacia el exterior del bombo y más cerca estará del agujero de salida. Bueno, vamos a explicar un poco todo esto:

La normativa de las Loterías y Apuestas del Estado indica claramente que las bolas tienen que tener un peso de 3 gr y un diámetro de 18,8 mm y están esculpidas en madera de boj. Además, no llevan tinta, sino que los números están marcados mediante un grabado láser. La Wikipedia española sugiere que por lo tanto, no hay diferencia de peso en los números. Sin embargo, yo no estoy de acuerdo. El grabado láser sí que influye en el peso. Concretamente, no añade peso, sino que lo quita, ya que el grabado consiste en la eliminación de una fina capa de material con la silueta de la cifra que deseemos imprimir.

Con lo cual, parece que nuestro razonamiento estaba equivocado, y tiene más posibilidades de estar en el exterior del bombo el número 1 que el 10.000. Pero vamos a seguir razonando. Se usan dos bombos en el sorteo de El Gordo: uno para premios y otro para los números. El más grande pesa 500kg de peso vacío (800kg lleno) y está fabricado en latón y bronce, y tiene unos 158 cm de diámetro. Además, gira a 15 vueltas por minuto.

Fuente

Por lo tanto, ya podemos empezar a hacer números para ver si el peso del grabado láser afecta o no.

El momento angular es un vector existente en los sólidos que están en rotación. Concretamente, el momento angular del bombo para girar a la velocidad mencionada es:

Donde L es el momento angular, I es el momento de inercia, y w es la velocidad de giro del sólido.

Si asumimos la hipótesis de que el bombo es una esfera hueca con una capa exterior, el momento de inercia nos quedaría de la siguiente manera.

Ahora sólo resta calcular el momento angular. Antes, pasamos revoluciones por minuto a radianes por segundo (que son las unidades del Sistema Internacional) mediante la siguiente fórmula

Por lo tanto, el momento angular es de la forma:

Sin embargo, esto poco o nada importa a las bolas del bombo, ya que la fuerza a la que están sometidas ellas es a la fuerza centrípeta, la cual aleja a un sólido del centro de giro en un movimiento circular.

V es la velocidad tangencial de cada una de las bolas. Vamos a suponer en un caso ideal, que las bolitas se moverían también a una frecuencia de 15 vueltas por minuto alrededor del bombo. Por lo tanto, como v=w·R, obtenemos que la velocidad tangencial es v=1,56·0,79=1,2324 m/s. A continuación, calculamos la fuerza de cada una de las bolas, considerándolos una masa puntual de 3 gramos, girando a una distancia de 0,79m

Si en lugar de calcular con 3 gramos, hubiéramos calculado con 2,9 gramos, el resultado de la fuerza centrífuga sería de 0,0055 N, lo cual es menor sí. Pero si tenemos en cuenta que por cada bola que está girando en la parte más exterior del bombo, hay unas cuantas cientos de bolas que la están aplastando, y que el peso de estas bolas es un par de órdenes de magnitud mayor que la fuerza centrífuga de una, vemos que las diferencias entre masas de décimas o centésimas de gramos es totalmente despreciable.

Por lo tanto, el peso derivado del grabado láser sí que existe, pero es totalmente despreciable frente al conjunto de fuerzas del sistema.

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Las 6 épocas de la evolución tecnológica

En esta ocasión, vuelvo a subtitular vídeos, y a continuación se puede ver uno corto y descriptivo sobre las 6 épocas de Ray Kurzweil sobre evolución.

Seguramente, muchos conocerán a este investigador. Para los que no, se trata de uno de los visionarios sobre tecnología más famosos del mundo. Sus teorías son múltiples y lleva años haciéndolas. Muchas de ellas y más información sobre el tema y las épocas lo podéis ver aquí. Con algunas de ellas ha acertado y con otras no. Kurzweil es ingeniero, y ha sido galardonado por varios inventos e ideas que ha tenido. Sin embargo, también tiene muchos otros detractores que no comparten sus ideas. Por ejemplo, sostiene que en dos décadas no podremos distinguir la inteligencia artificial de la inteligencia humana. Uno de los que ha apostado por él desde hace tiempo ha sido Google, y así lo demuestra el hecho de que esta misma semana se haya incorporado a la empresa. Es ante todo, una figura a conocer. 

(Pinchando en la imagen se pude ampliar)

Por cierto, el presentador del vídeo es Jason Silva, el cual ha realizado muchos vídeos del mismo tiempo que se pueden ver en su canal de YouTube. No aplaudo su método, ya que en mi opinión sobre todo realza la ciencia, sin explicar sus porqués y cómos. Todo ello lo mezcla con una buena dosis de música y efectos especiales que hacen como resultado final un material audiovisual de alta calidad, pero de escaso contenido para mí.

Una de las ideas más polémicas de Kurzweil se pueden ver en el documental El hombre trascendente, del cual os recomiendo el tráiler a continuación. A mí me metieron ganas de verlo.

Y por último, una buena fuente de información para conocer a este autor es ver su charla TED sobre singularidad tecnológica.

Fuente: http://www.musiquiatra.com/viewtopic.php?f=71&t=72857

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Reseña de Somos impostores

La semana pasada pude leer la novela Somos Impostores, del gran divulgador científico Lucas Sánchez, @sonicando. Os lo prometo: se puede leer de un tirón, ya que es una novela corta tejida de historias y relatos cortos divididos por capítulos. Somos Impostores no se inventa ningún mundo imaginario de seres de baja estatura ni de superhéroes, sino que plasma la realidad como es. Tras la lectura del libro, sientes que has leído un diario y no te deja indiferente. El estilo es rápido, personal, humano y cautivador. No he leído muchos libros así de buenos.

Lucas ha decidido autoeditar su novela, de manera que solo pertenezca al autor. Esta iniciativa artística la podéis visitar en http://www.impostores.es, y colaborar en el crowdfunding de la obra. También puedes leer la obra desde aquí y seguir las novedades del proyecto en @somosimpostores.

Por si no os fiáis de mi criterio, otros sitios también han hecho la crítica sobre esta obra, como Microsiervos, Recuerdos de Pandora o Enchufa2.

Yo ya soy Impostor, ¿a qué esperáis?

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Post participativo: va de cine

Hoy de nuevo propongo la resolución de un pequeño enigma cuya solución tiene que ser el nombre de un famoso ingeniero. Ahí van las pistas, al más puro estilo de @daniepap y los retos de su blog www.esepuntoazulpalido.com.

1- Actualmente está vivo

2- Tiene una gran relación con la Universidad de Stanford

3- Él no es tan conocido, pero su producto lo es, y mucho

4- Recibió un Oscar por sus contribuciones

5- Su desarrollo consistió en la mejora de una tecnología, y está dirigido al gran público

Fuente imagen

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Hoverbike: cómo funciona

Ya tiene algunos meses, pero no me deja de sorprender el invento que traigo hoy: el Hoverbike. Un vídeo vale más que un millón de palabras, así que ahí va:

Como se puede ver, recuerda a los inventos del Retorno del Jedi, y lo más parecido a la realidad es a una especie de moto voladora. El responsable de la idea se llama Chris Malloy.

Imagen

Se trata de un proyecto que ya había echado a andar en 2008. Mejor dicho, a volar, ya que en diciembre de este año se anunció el primer vuelo de este ingenio. Sin embargo, la idea surge en los 60, momento en el cual el proyecto fue rechazado por problemas de estabilidad. Su inspiración fue el helicóptero Boeing CH-47 Chinook. En el artículo del blog voy a intentar explicar cómo funciona y cómo se controla esta tecnología:

Concretamente, una de las cosas más importantes para Aerofex, la empresa californiana responsable, es que su maniobrabilidad se lleva a cabo con las rodillas. Lo cual ayuda a equilibrar el aparato de una manera muy natural para el ser humano, gracias a lo cual han solucionado gran parte del problema de estabilidad previamente citado (fuente).

Para elevarse, lo hace de una manera muy similar a la de un helicóptero: emplea dos rotores de aspas desarrollados por BMW que son capaces de proporcionar una fuerza de elevación de 295kg, alimentados por un motor de 1.170cc, 109cv, un depósito de 30 litros y un motor de dos pistones y cuatro tiempos, parecido al de la siguiente imagen. 

Teóricamente es capaz de elevarse 3.000m y lograr una velocidad de 255 km/h. (fuente). Sin embargo, se han hecho pruebas sólo hasta 5m y 50km/h (fuente)

Para su control, básicamente lo que ha hecho Aerofex ha sido incorporar un sistema de dos barras a la altura de las rodillas. Es decir, no hace falta complejo software de vuelo ni electrónica según ellos, aunque está por ver. Parece que las barras capturan los movimientos de las rodillas y la traducen en los tres tipos de giro en el espacio (yaw, pitch, roll), y ellos se encargan de manipular los elementos aerodinámicos encargados del control de la nave. Este mecanismo de hecho es la joya de la corona del invento, ya que la información sobre ella está en este paper, así que voy a tirar de imaginación para explicar cómo podría ser. En palabras del creador It essentially captures the translations between the two (bars) in three axis (pitch, roll and yaw), and activates the aerodynamic controls required to counter the movement -- which lines the vehicle back up with the pilot.

Por otro lado, en la página de preguntas frecuentes, sobre el modo de controlar el Hoverbike dice esto (en una mala traducción):

- Para elevar el hover, se necesita aumentar la potencia como si fuera una moto, es decir, con el manillar derecho.
- Para volar hacia adelante, hacen falta una combinación de un incremento de la potencia y un desvío del aire respecto a la parte frontal. Eso se consigue con el manillar izquierdo.
- Para girar a izquierda y derecha, lo único que hay que hacer is empujar las barras del manillar hacia el lado que se desea girar (como una bicicleta, pero con el añadido de que tiene un grado de libertad de profundidad, de manera que el mando pueda salir y entrar un poco).

Todo esto no sirve de nada sin los giróscopos, y esa es la clave del control de este aparato. El paper seguramente establecerá los outputs y configuración de los giróscopos del Hoverbike. Todo aparato móvil que no sea estable en un determinado medio, como motos, helicópteros o aviones, tienen giróscopos. Los coches no, ya que sobre 4 ruedas ya es estable en todo momento. Sin ánimo de entrar en desarrollos matemáticos de esta gran e importante parte de la cinemática, os dejo un vídeo realizado por astronautas que demuestra cómo el giróscopo hace más estable el movimiento de un objeto (se explica aquí):

El Hoverbike tendrá un sistema más avanzado que el momento giroscópico que permite a las motos de competición inclinarse sin perder el equilibrio, y os recomiendo ver el enlace explicativo.

La esencia de este invento no es ser comercializado a corto plazo, o al menos así lo anuncian los inventores. Pero la aplicación más directa y por la que se ha mostrado más interés es la de transporte autónomo de militares, o incluso acceso a zonas de difícil acceso por carretera convencional. No os extrañe que el ejército estadounidense ya está al loro de Hoverbike, y más después de que ya han hecho descenso de tropas en un helicóptero no tripulado.

Y si queréis comprobar lo que son capaces de hacer los giroscopios, no os perdáis esta entrada sobre trenes con una única fila de ruedas.

Podéis seguir la actualidad de esta aventura en su blog y página web.

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Héroes de la Ingeniería

Las universidades de ingeniería referentes en el mundo son básicamente dos: Stanford y el MIT. Es de estas instituciones de donde están saliendo algunos de los avances más importantes de tecnología en los últimos años; una estancia en esa universidad es uno de los sueños de cualquier investigador tecnológico; se caracterizan por la combinación y éxito entre universidad y empresa, y otras muchas razones.

La Universidad de Stanford desde hace poco tiempo homenajea a algunos de los más grandes ingenieros de la época actual y que han pasado por sus aulas. Han sido referentes por haber elevado el valor añadido o nivel empresarial de ciertas organizaciones, por no entenderse el mundo sin sus aportaciones, o por sus correspondientes hallazgos. En el post de hoy me quiero hacer eco de este evento, denominado épicamente Engineering Heroes, y citaros los héroes que más me han llamado la atención que hay hasta el momento y una breve reseña de cada uno.

David Packard (1912-1996) y William Hewlett (1913-2001)

El primero se cruzó con un profesor de Stanford que supo orientar y alimentar su talento (Dean Fred Terman), el cual le animó a David a hacer la carrera de telecomunicaciones, ya que el chaval era un gran apasionado de la radio ciudadana. Posteriormente, alumno y prfesor se volvieron a encontrar, y esta vez junto a un tal William Hewlett, les animó a fundar una empresa electrónica. El nombre, Hewlett-Packard, fue decidido por el azar del lanzamiento de una moneda al aire. Comenzaron en Palo Alto en 1939 con cerca de 10.000$ de los de hoy. Su primer gran producto un oscilador de sonido, que gracias a Disney, fue un éxito de ventas.

Hoy, David Packard es uno de los mayores ejemplos de emprendizaje en la universidad de Stanford.

Por su parte, William Hewlett tenía una gran pasión por la física y montar y desmontar aparatos; fue el arquitecto y encargado financiero, tecnológico y administrativo de HP. Su estilo, fue conocido como The HP Way. Hoy es reconocido como un gran experto en electrónica y experto en el mundo de los negocios tecnológicos.

Vint Cerf (1943-actualidad)

Es considerado uno de los padres de Internet. Estudió la carrera de matemáticas y realizó una tesis que le llevó a desarrollar el software que unió en una red a los ordenadores de la agencia militar DARPA. Era muy reconocido entre otros profesores de Stanford, como Don Knuth. Atraído por esta admiración, Vint Cerf se vinculó a la universidad entre 1972 y 1976, y junto a sus estudiantes y Robert Kahn crearon el protocolo TCP. Uno de los pilares básicos de Internet y base para todo el intercambio de tráfico en la Red. En 1976 volvió a DARPA. De 2000 a 2007 se encargó del protocolo IPV6, del cual se habló largo y tendido a lo largo de 2011. Ostenta el curioso y enigmático título de Chief Internet Evangelist en Google desde 2005.

Charles Litton (1904-1972)

Estudio un grado de Mecanizado en San Francisco, y posteriormente la carrera ingeniería industrial en Stanford. Gracias a su habilidad con los materiales, su manipulación e interés en la radio, le llevaron a diseñar tubos de vacío. De hecho, consiguió 65 patentes en este diseño. Producían para aplicaciones de radar, magnetrones, y otros elementos electromagnéticos, los cuales se usaron mucho durante la segunda Guerra Mundial.

Más adelante, creo Tex Thornton, el cual es un gran conglomerado dedicado a Defensa. A Litton se le reconoce como uno de los primeros ingenieros emprendedores y fundadores del famosísimo Sillicon Valley.

Craig Barrett (1939-actualidad)

Este hombre el es CEO, ya retirado, del gigante de semiconductores INTEL. Se unió a la compañía en 1974, donde en 1998 fue nombrado ya CEO. Es autor del libro de referencia Principles of Engineering Materials. Hoy está dedicado en cuerpo y alma a mejorar la educación y a promover la tecnología como motor de cambio social y creador de riqueza económica.

Andreas Bechtolsheim (1955-actualidad)

Pasó por Stanford para realizar sus estudios en Informática e Ingeniería Eléctrica. Posteriormente, Andreas construyó la estación de trabajo SUN, y como se pueden ir imaginando los lectores, fue el cofundador y jefe de arquitectura y sistemas de Sun Microsystems.  También ha estado involucrado en otras de telecomunicaciones, y es muy reconocida su gran visión a futuro de las tecnologías. Fue uno de los primeros inversores en Google, VMware, Brocade... es un gran emprendedor embarcado en multitud de iniciativas.

George Dantzig (1914-2005)

Fue un gran matemático, y es conocido como el padre de la programación lineal y el algoritmo Simplex, famosísimo e imprescindible en la investigación operativa. Su trabajo coincidió con la época en la que la industria se cruzaba con la evolución de la tecnología informática, y gracias a sus trabajos logró que innumerables empresas optimizaran sus procesos. Muchísimos sectores, desde refinerías de petróleo hasta navegación aérea, han sido transformados por su influencia. De hecho, la revista Computing in Science and Engineering nombró al simplex como uno de los 10 algoritmos más influyentes del siglo XX.

Theodore Maiman (1927-2007)

En Stanford realizó los estudios de Ingeniería Eléctrica y su tesis fue en Física. Este hombre tiene la patente americana 3.353.115 en la que se recoge el primer láser que funcionaba correctamente. Para ello empleó un rubí sintético, y lo puso en funcionamiento en 1960. Hoy no concebiríamos la vida igual sin el láser. El diseño era tan simple y costó tan poco (50.000$ incluído el sueldo de Maiman) que ha sido una de las revoluciones tecnológicas más baratas de todos los tiempos.

Bradford Parkinson (1935-actualidad)

Sin él, no tendríamos el sistema GPS, hacia el cual lideró siendo coronel de la Fuerza Aérea Estadounidense.  También desarrolló distintos sistemas de navegación Aérea, como el Wide Area Augmentation System (WAAS). Recientemente ha liderado a la NASA y Stanford a probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein con una precisión hasta ahora no lograda.

Parkinson es autor del libro de texto más vendido: Global Positioning System: theory and applications.

Stephen Tymoshenko (1878-1972)

Con el trabajo de este autor me he cruzado esta misma semana. Es reconocido como el padre de la mecánica aplicada en USA. De hecho, su influencia es tan grande que su época más activa es conocida como La Era Tymoshenko, y la ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) ha creado una medalla con su nombre. Tiene 13 famosos libros de texto, y uno de los más famosos es Strength of Materials, que traducido sería algo así como Esfuerzos en los Materiales.

ACTUALIZACIÓN
Después de publicar el post aparecieron los nombres de 2012 de los Engineering Heroes.
Martin Hellman, inventor de la criptografía de clave pública. O John McCarty, fallecido en 2011, que acuñó el término inteligencia artificial y desarrolló el lenguaje LISP. John Blume fue el padre de la ingeniería de terremotos. O James Clark que desarrolló un gran trabajo en gráficos por ordenador.

Más información en http://engineering.stanford.edu/2010-stanford-engineering-heroes y http://engineering.stanford.edu/2011-stanford-engineering-heroes

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