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Juan Carlos GilSilvana TapiaLuisa AchaerandioGastón GiribetFrancis VillatoroHéctor SocasIgnacio Crespoengranajes como esqueleto mecánicotransmisión rotación entre dos engranajessentido de giro con engranajesvelocidad y dientes en engranajescorrea o cadena como bicicletaspiñón con plato en bicicletasmovimiento transmitido por contacto sólidogeometría de las piezas construidasrigidez forma función debilidadfricción y desgaste en engranajesengranajes magnéticos sin contactoembragues hidráulicos para rotacióneliminación contacto engranajesfluidos transmiten rotaciónvariar parámetros sistema hidráulicoengranaje invirtiendo giroacoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhangJuan Carlos GilPhysical Review LettersJesse Ethan SmithLeif RistroffJung ZhangUniversidad de Nueva YorkNYUFigura 4
Transmisión rotación sin contacto físico
Ep549: Agujeros Negros; IAlucinaciones; Engranajes; Materia Oscura; Doom Neuronal
12 de marzo de 20266 momentos
Con
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Juan Carlos Gil reflexiona sobre la evolución de los mecanismos de transmisión de rotación, destacando cómo se ha buscado eliminar el contacto físico entre engranajes.
…funciona el diferencial, lo que permite que las ruedas de los coches, al girar en un sentido, una vaya más rápida que la otra, sino una patinaría, ¿vale? How Differential Steering Works, 1937. Si lo encuentras y lo pones en el chat, te lo agradezco, Francis. Bueno, pues el caso es que eso junto a la rueda, la palanca y la polea, pues los engranajes forman el esqueleto mecánico de toda nuestra tecnología hasta la llegada de la digitalización, ¿no? Es muy sencillo un engranaje; en esencia lo que hace es transmitir rotación entre dos, cambiando el sentido de giro. Cuando hay dos engranajes engranan, uno gira en horario y otro siempre en contrahorario, y cambiando la velocidad si el número de dientes no coincide. Si lo que queremos es mantener el sentido de la rotación, tenemos que utilizar una tercera cosa, algo tipo una correa o una cadena, como las bicicletas que conecta el piñón con el plato. En ambos casos, correas y engranajes directos, el movimiento se transmite mediante contacto sólido y la relación de avance viene prefijada por la geometría de las piezas que hayas construido. Y es precisamente esa misma rigidez, en el sentido de que la forma produce la función, pues es a su vez su debilidad, la debilidad del Mecanismo de engranaje, porque claro, los dientes tienen que encajar perfectamente. Hay fricción, hay desgaste, se puede necesitar lubricación a menudo, produce ruido, funcionan por contacto y sabemos que cualquier contacto obviamente implica desgaste. Por eso a lo largo también de la historia ha intentado, se han buscado formas de transmitir esta rotación sin contacto directo. Ejemplos, el agua y el aire que hace girar turbinas, o hay engranajes magnéticos, no sé si lo habéis visto, tal cual engranajes, pero que se quedan a distancia, están llenos de pequeños imanes y cli, cli, cli, no son tan suaves, pero bueno, se acoplan en vez de mecánicamente por campo magnético y también hay embragues hidráulicos que por. Hidráulica hacen más o menos presión mediante un fluido. Así que bueno, de alguna forma hemos aprendido a eliminar el contacto de nuestros engranajes, pero siempre con un comportamiento prefijado. ¿No sería fantástico si un fluido pudiese transmitir la rotación evitando el contacto y según las circunstancias permitir variando algún parámetro del sistema que el chisme se comportase o bien como un engranaje invirtiendo el giro o bien como una correa manteniéndolo? Bueno, pues es ahí donde aparece, como podéis imaginar, el Artículo del que os voy a hablar, que se llama Acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido. Fue publicado el 13 de enero, hace un mes, en Physical Review Letters. Los autores son Jesse Ethan Smith, Leif Ristroff y Jung Zhang, todos de la Universidad de Nueva York, el NYU, y el último, que sonaba a chino, pues efectivamente porque está en el campus de la NYU en Shanghai. La pregunta a la que estos autores querían dar respuesta es: ¿Cómo se transmite la rotación entre objetos a través de un fluido? Porque, a ver, en realidad el artículo no trata de engranajes. Eso ha sido rollo mi clipbait. Lo que hace es estudiar eso: la interacción entre partes mecánicas mediadas por un flujo. Cómo el movimiento de un objeto reorganiza un fluido a su alrededor y cómo ese fluido puede influir en otros objetos más…
Significado #2 · Palabras #1
Juan Carlos Gil reflexiona sobre la evolución de los mecanismos de transmisión de rotación, destacando cómo se ha buscado eliminar el contacto físico entre engranajes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #1engranajes como esqueleto mecánicotransmisión rotación entre dos engranajessentido de giro con engranajesvelocidad y dientes en engranajescorrea o cadena como bicicletaspiñón con plato en bicicletasmovimiento transmitido por contacto sólidogeometría de las piezas construidasrigidez forma función debilidadfricción y desgaste en engranajesengranajes magnéticos sin contactoembragues hidráulicos para rotacióneliminación contacto engranajesfluidos transmiten rotaciónvariar parámetros sistema hidráulicoengranaje invirtiendo giroacoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhang…funciona el diferencial, lo que permite que las ruedas de los coches, al girar en un sentido, una vaya más rápida que la otra, sino una patinaría, ¿vale? How Differential Steering Works, 1937. Si lo encuentras y lo pones en el chat, te lo agradezco, Francis. Bueno, pues el caso es que eso junto a la rueda, la palanca y la polea, pues los engranajes forman el esqueleto mecánico de toda nuestra tecnología hasta la llegada de la digitalización, ¿no? Es muy sencillo un engranaje; en esencia lo que hace es transmitir rotación entre dos, cambiando el sentido de giro. Cuando hay dos engranajes engranan, uno gira en horario y otro siempre en contrahorario, y cambiando la velocidad si el número de dientes no coincide. Si lo que queremos es mantener el sentido de la rotación, tenemos que utilizar una tercera cosa, algo tipo una correa o una cadena, como las bicicletas que conecta el piñón con el plato. En ambos casos, correas y engranajes directos, el movimiento se transmite mediante contacto sólido y la relación de avance viene prefijada por la geometría de las piezas que hayas construido. Y es precisamente esa misma rigidez, en el sentido de que la forma produce la función, pues es a su vez su debilidad, la debilidad del Mecanismo de engranaje, porque claro, los dientes tienen que encajar perfectamente. Hay fricción, hay desgaste, se puede necesitar lubricación a menudo, produce ruido, funcionan por contacto y sabemos que cualquier contacto obviamente implica desgaste. Por eso a lo largo también de la historia ha intentado, se han buscado formas de transmitir esta rotación sin contacto directo. Ejemplos, el agua y el aire que hace girar turbinas, o hay engranajes magnéticos, no sé si lo habéis visto, tal cual engranajes, pero que se quedan a distancia, están llenos de pequeños imanes y cli, cli, cli, no son tan suaves, pero bueno, se acoplan en vez de mecánicamente por campo magnético y también hay embragues hidráulicos que por. Hidráulica hacen más o menos presión mediante un fluido. Así que bueno, de alguna forma hemos aprendido a eliminar el contacto de nuestros engranajes, pero siempre con un comportamiento prefijado. ¿No sería fantástico si un fluido pudiese transmitir la rotación evitando el contacto y según las circunstancias permitir variando algún parámetro del sistema que el chisme se comportase o bien como un engranaje invirtiendo el giro o bien como una correa manteniéndolo? Bueno, pues es ahí donde aparece, como podéis imaginar, el Artículo del que os voy a hablar, que se llama Acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido. Fue publicado el 13 de enero, hace un mes, en Physical Review Letters. Los autores son Jesse Ethan Smith, Leif Ristroff y Jung Zhang, todos de la Universidad de Nueva York, el NYU, y el último, que sonaba a chino, pues efectivamente porque está en el campus de la NYU en Shanghai. La pregunta a la que estos autores querían dar respuesta es: ¿Cómo se transmite la rotación entre objetos a través de un fluido? Porque, a ver, en realidad el artículo no trata de engranajes. Eso ha sido rollo mi clipbait. Lo que hace es estudiar eso: la interacción entre partes mecánicas mediadas por un flujo. Cómo el movimiento de un objeto reorganiza un fluido a su alrededor y cómo ese fluido puede influir en otros objetos más…
Juan Carlos Gil explica cómo los investigadores abordan la pregunta de la interacción entre partes mecánicas sin contacto directo, reduciendo el problema a un caso simplificado: dos cilindros sumergidos en un líquido viscoso.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20cilindros sumergidos en glicerina agualíquido viscoso como intermediariocelda circular transparente para fluidosmotor controla velocidad angular cilindro activo…veces, pues con sus hilios o sus cositas reorganizan el fluido muy muy cercano a ellas y ese flujo puede modificar las trayectorias, el comportamiento de las vecinas; o sea que puede, eso puede hacer que surjan patrones colectivos sin comunicación directa. vamos, sin tocarse, ¿no? O sea, de tal forma que el fluido actúa como un intermediario. Pues es este tipo de cosas las que le interesaban. Y para atacar esta pregunta lo que hacen es reducir el problema, como solemos hacer en física, al caso más simple posible: dos cilindros verticales sumergidos en un líquido viscoso. Utilizan una mezcla de glicerina y agua dentro a su vez de una celda circular transparente que va a contener el fluido y los dos cilindros. Uno de estos cilindros es activo, es decir, gira con un motor a una velocidad angular perfectamente controlada y el otro es pasivo; se monta con un rozamiento lo más bajo posible de forma que pueda girar libremente si el fluido le arrastra. Y con este montaje pueden variar tres cosas de manera independiente. Primero, la velocidad angular del rotor activo que va a determinar, porque el fluido está determinado, va a determinar el número de reinos; van a trabajar siempre en un régimen intermedio…
Juan Carlos Gil explica cómo el rotor pasivo gira en un experimento descrito en Physical Review Letters, señalando que su giro puede ser contrario o del mismo sentido que el motor activo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6acoplamiento de giro entre rotoresdiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosrotor pasivo contra motor activophysical review letters experimento rotorvelocidad de giro del rotor activo…es la distancia entre ambos rotores y la tercera el tamaño de la celda del confinamiento. Cuánto de cerca están los rotores de las paredes, ¿por qué? Porque las paredes también van a moldear el flujo general del sistema. Así que lo que hacen es poner el rotor activo a girar y miden qué le pasa, cómo se mueve el rotor pasivo en relación al otro, lo que se llama relación de transmisión; y no creáis que hacen un experimento puntual o unos cuantos, no, no, lo que hacen es estudiar el diagrama de fases completo de este sistema. Hacen un mapa del problema con 1300 combinaciones de parámetros, o sea que se han tirado un rato en el laboratorio y analizan entonces con mucho detalle, mediante cámaras y demás, ponen burbujas, muy simpático, ponen burbujas de aire dentro del fluido para visualizarlas mejor, pues ven eso, cómo se reorganiza el fluido, cómo se crean y destruyen remolinos, cómo aparecen inestabilidades; y bueno, a la postre determinan el sentido de giro y la velocidad del rotor pasivo. ¿Y cómo gira el rotor pasivo? Pues ahí está la sorpresa, siempre tiene que haberla si no que aburrida. A veces gira en sentido contrario del motor activo, como harían dos engranajes enfrentados, pero en una zona bastante amplia del mapa de parámetros este que os he comentado, sobre todo al aumentar la velocidad de giro del rotor activo y con ello el número de reinos del sistema, el rotor pasivo gira en el mismo sentido que el activo, como si estuviesen conectados por una suerte de correa invisible. Si miréis el artículo se ve, bueno, es muy visual y muy chulo, en la figura 2, panel B del artículo, donde el color azul indica contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y…
Juan Carlos Gil explica cómo los investigadores estudian el acoplamiento de giro entre rotores mediante la construcción de un modelo físico y su exploración.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18acoplamiento de giro entre rotoresrotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestas…contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y bueno, si veis el mapa de rojos y azules, desde luego es de todo menos trivial, o sea que están ocurriendo cosas simpáticas. ¿Cómo estudian esas cosas? Pues también como solemos hacer, construyendo un modelo físico y explorándolo. Lo que hacen es ultra sencillo: dividen el perímetro, la circunferencia del rotor pasivo en dos regiones, el que está enfrentado al rotor activo que va a sufrir una cizalla del fluido directa y por tanto va a tender a hacerlo girar en contrarotación como un engranoje, mientras que el lado opuesto en la cizalla va a actuar en el lado opuesto del cilindro pues en sentido contrario. Así que el sentido final del giro del rotor pasivo va a depender de estas dos contribuciones de cizalla: cuál de ellas gane el pulso del torque, porque siempre va a haber dos efectos opuestos. Estudian entonces este modelo y determinan que esta transición entre el comportamiento tipo engranaje al tipo correa no ocurre por un solo mecanismo, sino que identifican hasta tres distintos. Al primero lo llaman topológico, es el primero porque casi es el…
Juan Carlos Gil explica que el acoplamiento de giro entre rotores no es útil para mover cargas pesadas ni construir cajas de cambios, pero sí tiene valor en otros contextos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #16acoplamiento de giro entre rotoresrotor principal y centrifugadorafigura 4 analogía mecánicaengranaje líquido fantasmageometría del sistema afecta acoplamientocorrea impulsada por la inerciarelación de giro y torque modestosfuerzas pequeñitas transmisión sin contactosedimentación de partículasmicroorganismos interactúan a través del fluido…interior entre ellos, que es la que haría el efecto tipo engranaje, pues deja de ser eficaz. Ya no hay moleculitas, no se pueden formar grandes remolinos y acaba dominando el arrastre exterior de la corrotación. Y el tercero es inercial, el que decíamos en el Comportamiento experimental. Si aumentamos mucho la velocidad de giro del rotor principal, la inercia empuja el flujo hacia afuera, como si fuese una centrifugadora y al echarlo hacia afuera se escapa por detrás también del rotor pasivo y se favorece el comportamiento otra vez tipo correa. También esto se ve fenomenal en la figura 4, en la que además han hecho dibujitos como si fuese una analogía mecánica y se ven los tres comportamientos. Se puede comportar como si hubiese un engranaje líquido fantasma intermedio, como si estuviese unido por una correa debido a La geometría, o como una correa impulsada por la inercia cuando el fluido sale disparado hacia los bordes. Son los casos 1, 2 y 3 de la figura que me preocupa en contarlos en orce. Bueno pues, bastante chulo, pero no, a ver, esto no va a servir para mover cargas pesadas ni para hacer la caja de cambios de tu siguiente coche porque, como os podéis imaginar, la relación de giro y el torque transmitido son bastante modestitos. El valor de este efecto está en otro sitio, en este tipo de acoplamiento que puedes seleccionar, que puedes modelar y va a ser relevante este mecanismo en contextos donde las fuerzas sean muy pequeñitas, donde la transmisión sin contacto importe porque no quieras toquetear con una aguja a según qué cosa, pues como en suspensiones de partículas, os hablaba antes de la sedimentación o en microorganismos, que interactúan a través del fluido también como os comentaba antes. Y bueno, este estudio también puede ayudar a entender fenómenos semejantes como la interferencia entre estelas, por ejemplo, en parques eólicos; que esto, vamos, hay muchísimo dinero detrás, ya sabéis que una turbina eólica crea un canal de baja presión y…
Juan Carlos Gil concluye la explicación sobre un artículo que describe cómo la transmisión de rotación puede ocurrir sin contacto físico entre piezas sólidas, emergiendo de un flujo intermedio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2transmisión rotación sin contacto físicomodelo chulo de transmisión rotaciónacoplamiento entre engranaje y correaflujo intermedio alterando estructura global…baja presión y ocurren ahí inestabilidades de todo tipo, que modelarlas desde luego es de todo menos fácil. Y también cuando hay conjuntos de muchos rotores, bueno pues que pueden acoplarse si en medio hay aire, que es lo que suele haber en nuestra atmósfera. Pues concluyendo, ¿por qué es importante lo que cuenta este artículo? Pues porque han demostrado de manera tanto experimental como un modelo muy chulo que la transmisión de la rotación pues no tiene por qué estar impuesta por una geometría de piezas sólidas toqueteándose, sino eso que puede emerger de un flujo intermedio que se puede reaccionar. Reorganizar, cambiar de estructura globalmente y llegar a alterar, dependiendo de las condiciones, el tipo de acoplamiento más parecido a un engranaje o una correa. Así que al final de lo que hemos hablado es literalmente de eso, de engranajes que no se tocan. Y hasta aquí lo que os quería contar; hoy he sido bueno. Bueno y breve. Lo bueno y breve, 2Bue. Lo bueno y breve. Y punto sucesivo. Complétele usted como chaje pete. Exactamente, le das ese prompt. Pues fíjate que volvió Gastón. Anda, de vuelta. Sí, porque tenía una reunión de trabajo de la que sabía que podía…