Arthur Oswin Austin (28 de diciembre de 1879 - 7 de junio de 1964) fue un ingeniero eléctrico e inventor estadounidense. Es el inventor del transformador Austin , un transformador toroidal de doble anillo utilizado para suministrar energía a los circuitos de iluminación de las torres de radio . Las investigaciones de Austin incluyeron mejoras en los equipos de transmisión de radio y los efectos de los rayos en las líneas de transmisión de alto voltaje y en las aeronaves . Fue miembro del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y del Instituto de Ingenieros de Radio , y era un experto en aisladores y accesorios de alto voltaje. Su trabajo en antenas de transmisión incluyó proyectos tanto militares como civiles.
Originario de California, Austin se graduó en ingeniería eléctrica en la Universidad Leland Stanford . Vivió unos años en Nueva York , donde trabajó para General Electric y Lima Insulator Company, pero pasó la mayor parte de su vida adulta en Ohio , donde se casó, trabajó para Ohio Brass Company y fundó Austin Insulator Company. Compró una gran propiedad en Barberton, Ohio , vivió en la mansión y construyó un amplio laboratorio eléctrico al aire libre en el terreno.
Después de graduarse de la universidad en 1903, Austin trabajó para General Electric en Schenectady, Nueva York . Dejó General Electric en 1904 y trabajó para Stanley Electric Company en Pittsfield, Massachusetts por un corto tiempo. [1] Fue contratado por Pacific Gas and Electric , inicialmente actuando como su representante del este haciendo pruebas de aisladores eléctricos, y luego se mudó a la oficina de San Francisco de la compañía en 1905. [2] [1] En 1906, se mudó a Lima, Nueva York , para trabajar para Lima Insulator Company, desempeñándose como gerente e ingeniero jefe. La fábrica de la compañía fue destruida por un incendio en 1908, después de lo cual Austin se mudó a Ohio para trabajar para Akron Hi-Potential Porcelain Company. [3] Akron Porcelain se convirtió en una subsidiaria de Ohio Brass Company [2] que a su vez fue comprada por Hubbell en 1978. [4]
Durante la Primera Guerra Mundial , la Marina de los EE. UU. planeó trabajar en una instalación de radio militar en Monroe, Carolina del Norte , utilizando transmisores de convertidor de arco producidos por la Federal Telegraph Company , generando aproximadamente 1 MW de potencia. Ohio Brass fue contratada para suministrar los aisladores de antena, y Austin fue asignada al proyecto. [2] La guerra terminó antes de que Federal pudiera entregar los convertidores de arco y la estación nunca se construyó. [5]
Austin inventó un aislador de porcelana lleno de aceite y calentado eléctricamente que se usaba para sostener torres de transmisión de radio. Los diseños anteriores de aisladores de porcelana tenían suficiente resistencia mecánica y aislamiento eléctrico para su propósito previsto, pero podían ser lo suficientemente frágiles como para que una torre pudiera ser derribada por un vándalo con un rifle calibre .22 . El diseño de Austin utilizó un tubo de porcelana en combinación con una funda de baquelita , esta última con suficiente resistencia para sostener la torre si la porcelana se dañaba. La porcelana se mantuvo bajo compresión , lo que aumentó su resistencia. El conjunto se llenó de aceite que se mantuvo caliente mediante un calentador eléctrico de 120 vatios; un termostato mantuvo el exterior del aislador por encima del punto de rocío , evitando que la humedad se condensara en su superficie, lo que provocaría una fuga de energía de radiofrecuencia (RF). [6] La resistencia a la condensación en climas húmedos llevó a la estación de radio KHQ de Spokane, Washington, a utilizar este tipo de aislante [6] en su torre de transmisión de 5000 vatios de 826 pies (252 m) [7] que Spokesman-Review describió en 1945 como "la torre autoportante más alta del mundo". [8]
Austin inventó una percha aislada que impedía que las aves descansaran sobre las cuerdas aisladoras de las líneas de transmisión eléctrica y obtuvo una patente sobre la invención en 1928. [9] [10] Austin fue miembro tanto del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos como del Instituto de Ingenieros de Radio . [11] Fue miembro de varias otras sociedades profesionales, incluidas la Sociedad Americana de Cerámica , la Sociedad Americana para Materiales de Prueba , la Sociedad Americana de Química Eléctrica , la fraternidad científica Sigma Xi [1] y la Academia Nacional de Ciencias . [12]
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A finales de la década de 1920, la estación de radio AM WHK en Cleveland, Ohio, estaba investigando formas de mejorar la cobertura de su señal . El ingeniero jefe EL Grove creía que la mala cobertura de la señal de la estación se debía al efecto de otros edificios con estructura de acero en las proximidades de su sitio de transmisión sobre un edificio de oficinas en el centro de la ciudad, una mala conexión a tierra y la pérdida de energía de las torres de soporte de la antena. Después de obtener el permiso de la Comisión Federal de Radio , se construyó un nuevo transmisor en una colina a nueve millas al sur de la ciudad, dejando el estudio en el centro. Grove consultó con la Ohio Brass Company, donde Austin era el ingeniero jefe. Se ideó un plan para construir una torre de transmisión en varias secciones, con cada sección aislada de las demás por aisladores, eliminando las corrientes eléctricas parásitas inducidas en la estructura de acero por el elemento radiante de la antena. [13] Austin había trabajado anteriormente en torres de líneas eléctricas de alta tensión seccionadas y tenía una patente sobre ese diseño. [14]
Algunas estaciones de radio ya habían construido torres que estaban aisladas del suelo, pero el diseño de WHK fue el primero en utilizar aisladores en la propia torre, dividiéndola en múltiples secciones aisladas. Además de los aisladores estructurales, la torre incluía escaleras especiales con secciones de "navaja" en las juntas aisladas; durante el funcionamiento del transmisor, las secciones de la escalera se mantenían abiertas para preservar el aislamiento eléctrico, pero podían cerrarse para permitir que los trabajadores subieran a la torre para realizar tareas de mantenimiento. Durante las pruebas iniciales, la señal de 1000 vatios de WHK se podía escuchar en Nueva Zelanda, mientras que el transmisor anterior, con el mismo nivel de potencia, ni siquiera era audible en todo Cleveland. [13] Austin obtuvo la patente estadounidense 1.968.868 por este diseño de torre. [15]
La iluminación de las torres se realizaba mediante gas que se transportaba a través de tuberías de cobre que se transformaban en tubos de porcelana no conductores en las juntas de las torres. [13] Un artículo de 1932 en la revista Radio Engineering describía el uso de iluminación a gas en torres que constaban de múltiples segmentos eléctricamente aislados como en el diseño WHK, afirmando que la iluminación eléctrica sería poco práctica debido a la necesidad de transformadores de aislamiento en cada junta aislante. El autor especuló que la iluminación externa, los tubos de neón alimentados por la energía de radiofrecuencia radiada o los generadores eólicos podrían ser alternativas prácticas al uso de gas. [16]
Austin inventó el transformador de anillo Austin , [2] un tipo de transformador toroidal con un entrehierro que proporciona aislamiento de radiofrecuencia entre los devanados primario y secundario mientras pasa energía de 50/60 Hz . [17] Estos se utilizan en las bases de las torres de transmisión de radio para permitir que la energía eléctrica se alimente a las luces de la torre sin interferir con la alimentación de radiofrecuencia. [18] : 143–144 El devanado primario se monta en el suelo o en la base de la torre, con el secundario en la estructura de la torre energizada. [19] Los devanados suelen estar en ángulos rectos entre sí [20] y orientados de manera que el agua de lluvia pueda gotear del secundario sin golpear el anillo primario. [19] Si se instala un entrehierro de protección contra rayos opcional [21] , se orienta con la trayectoria del arco en posición horizontal, de modo que el arco se autoextinga. [19]
Los transformadores de anillo Austin son muy adecuados para su uso en torres que tienen una altura de aproximadamente media longitud de onda . Este tipo de torre tendrá una gran impedancia de base que genera altos voltajes a través de los aisladores de base, lo que hace que las alimentaciones de energía de tipo estrangulador sean poco prácticas. El gran espacio de aire entre los devanados primario y secundario da como resultado una baja capacitancia de acoplamiento y un alto voltaje de ruptura. [22]
El catálogo de productos Austin Insulator de 1971 enumeraba 21 tipos estándar con potencias nominales de 0,7 a 7,0 kVA y un peso de 70 a 340 libras (32 a 154 kg), y las unidades más grandes solo estaban disponibles bajo pedido especial. [21] A pesar de que Austin ha obtenido una gran cantidad de patentes, no se conocen patentes sobre esta invención en particular. Patrick Warr de Austin Insulators [23] fue citado por Radio World: [2]
No tengo conocimiento de que alguna vez haya habido una patente. Mis predecesores me contaron una historia cuando empecé a trabajar aquí. Parece que Arthur Austin estaba feliz fabricando transformadores de anillo cuando Hughey and Phillips, una empresa con sede en algún lugar cerca de Los Ángeles que se dedicaba a varios tipos de iluminación, se puso en contacto con él. Austin les dijo que no estaba interesado en el mercado de la Costa Oeste, ya que tenía bastante que hacer en Ohio, y les dijo cómo fabricar el transformador y que "siguieran adelante y lo fabricaran".
Arthur Oswin Austin (que prefería ser llamado A. O. Austin) nació el 28 de diciembre de 1879 en Stockton, California, hijo de Oswin Alonzo y Mary Louisa Austin. [3] Asistió a la escuela secundaria en Stockton [1] luego fue a la Universidad Leland Stanford , graduándose en 1903 con una licenciatura en ingeniería eléctrica . [1] [24]
Austin se casó con Eleanor Briggs el 28 de diciembre de 1907 en la ciudad de Nueva York. [3] En 1919, Eleanor murió (y Arthur resultó herido) en un accidente automovilístico en el Mohawk Trail de Massachusetts . [25] Dos años más tarde, Austin se casó con la hermana de Eleanor, Augusta, en Los Gatos, California ; la pareja tuvo dos hijas, Barbara y Martha. [3] Austin tenía un hermano, Edward, que trabajaba en la construcción de la planta de fabricación de Ohio Brass en las cataratas del Niágara, Ontario . [26]
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En la década de 1920, Austin era un hombre rico. [2] En 1926, compró 275 acres de la propiedad de O. C. Barber en Barberton, Ohio , por un precio no revelado. La parcela incluía la mansión Barber, la caseta de la entrada y varios graneros y otros edificios. [27] La construcción era de ladrillo rojo, bloques de hormigón blanco, molduras de color azul real y techos de tejas de terracota roja. [28] La casa, que tenía techos de pan de oro, [29] fue descrita en 2005 por el Akron Beacon Journal como una casa con 52 habitaciones, "una vista impresionante desde su posición en el lado este" y siendo "la residencia más opulenta entre la ciudad de Nueva York y Chicago". [30] La casa estaba rodeada de 35 edificios auxiliares, incluidos graneros. [30]
Austin murió a la edad de 84 años el 7 de junio de 1964, en Barberton, después de una enfermedad de dos meses. El Akron Beacon Journal lo describió en un obituario como "uno de los principales expertos en electricidad del siglo". [12] Después de su muerte, sus herederos no pudieron mantener la finca. Hubo un esfuerzo por parte de la comunidad de Barberton para preservar la propiedad por su valor histórico, pero no se pudo asegurar la financiación y la casa fue demolida. Se estimó en ese momento que el mantenimiento de la mansión costaba $ 3,000 (equivalente a $ 29,000 en 2023 [31] ) por mes. [30]
Además de sus actividades profesionales, Austin participó en una serie de deberes cívicos. Fue director del Barberton Citizens Hospital, miembro fundador de la cámara de comercio local (se desempeñó como presidente en 1928) y del Barberton Rotary Club (se desempeñó como presidente en 1941-1942). Era republicano , masón y miembro de la Orden de la Estrella del Este , y miembro de la Primera Iglesia Presbiteriana Unida de Barberton. Sus pasatiempos incluían la fotografía y la jardinería . [3] A partir de 2024, [actualizar]la Barberton Community Foundation administra el Fondo de Becas de Ingeniería AO Austin, otorgado a los estudiantes de Barberton que buscan títulos de ingeniería postsecundarios . [32]
Entre 1910 y 1968, la Ohio Insulator Company (que más tarde cambió su nombre a Ohio Brass) construyó una serie de cuatro laboratorios de pruebas de alto voltaje, y Austin participó en los dos primeros. La necesidad de un laboratorio de este tipo había sido impulsada por el aumento de los voltajes utilizados para la transmisión eléctrica. Las líneas que funcionaban a 25 kV eran típicas en 1891, pero a principios de la década de 1920, las líneas funcionaban comúnmente a 220 kV y aún no se entendía por completo cómo se verían afectadas estas líneas por tormentas, lluvia, niebla o nieve. Los altos voltajes requerían equipos y espacios libres físicamente grandes, lo que significaba que los laboratorios ya no podían caber dentro de los edificios y tenían que construirse al aire libre. [11]
El primer laboratorio se construyó en 1910. [11] En 1926, Austin construyó otro laboratorio de pruebas eléctricas al aire libre en los terrenos de la finca Barber. En funcionamiento hasta 1933, este fue el segundo de los cuatro laboratorios de alto voltaje establecidos por Ohio Brass. Se lo ha descrito como "una yuxtaposición de elegancia victoriana y equipo de alta tecnología". [11] El equipo incluía cuatro transformadores de núcleo de hierro de 60 Hz fabricados por Allis-Chalmers , con una potencia nominal de entrada de 2,2 kV y una potencia de salida de 600 kV. Al sobreexcitar los transformadores , Austin pudo aumentar la potencia nominal de salida a 750 kV y produjo hasta 900 kV en las pruebas. RP Cronin del Sandusky Register escribió que estaban conectados en serie y eran "tres de los transformadores más grandes del mundo". [33] Se utilizó un condensador y un interruptor síncrono para producir una sobretensión transitoria y una chispa a través de un espacio entre esferas que se podía aplicar a los objetos que se estaban estudiando. [11] Un artículo de periódico de 1933 escribió sobre el laboratorio: [34]
El patio del laboratorio, donde se han llevado a cabo la mayoría de los experimentos, es un lugar extraño, lleno de torres estructurales que parecen jaulas y dominado por tres transformadores gigantescos. Desde una bola aislada suspendida en el aire, a voluntad de Austin, relámpagos de 30 pies de altura saltan al suelo con un chasquido similar al disparo de un rifle.
En 1933, el espacio disponible en la finca Barber se quedó pequeño y en 1934 Ohio Brass construyó el tercer laboratorio junto a su fábrica. [11] En 1968, se construyó el cuarto laboratorio, que incluye un generador de impulsos de 5000 kV, en Wadsworth, Ohio . A partir de 2024, [actualizar]funciona como el Centro de Investigación Frank B. Black de Hubbell, llamado así en honor al fundador de Ohio Brass. [35] [36]
Austin utilizó su laboratorio para experimentar con los efectos de los rayos en las aeronaves , tanto en aviones como en dirigibles más ligeros que el aire de Goodyear Zeppelin Corporation [34] y su investigación condujo a métodos para proteger a las aeronaves de estos impactos. [11] El interés de Austin en esta área surgió a raíz de un accidente del Transporte Aéreo Transcontinental en 1929. [33] En 1930, Popular Mechanics describió el laboratorio como "el laboratorio de alto voltaje al aire libre más poderoso del mundo". [37] El artículo observó que los rayos sobre aeronaves no habían sido anteriormente un problema importante porque había pocos aviones y la mayoría se quedaba en tierra durante las tormentas eléctricas, pero la creciente popularidad de los viajes aéreos haría que los rayos fueran un peligro mayor. [37]
En el laboratorio de Barber Estate se realizaron experimentos preliminares sobre modelos a escala de aviones. Los modelos fueron alcanzados por rayos artificiales de millones de voltios y cientos de miles de amperios . Estos experimentos demostraron que los rayos normalmente entraban y salían del avión por puntos salientes de la estructura; los dos puntos podían ser las puntas de las alas opuestas, la hélice y el patín de cola, u otros pares. En un experimento, se golpeó el tubo de Pitot . Los gases de escape calientes del motor no parecieron atraer los rayos, contrariamente a las especulaciones de que lo harían. [37]
En pruebas posteriores se utilizó un Barling NB-3 de tamaño real , un monoplano con un armazón completamente metálico cubierto de tela que había sido proporcionado a Austin por Popular Mechanics para pruebas. El avión fue sometido a repetidos impactos de rayos mientras estaba en tierra. Pruebas adicionales en el motor LeBlond 60 del avión mostraron que continuaría funcionando a ralentí después de ser golpeado. Los rayos que caían en la punta del timón provocaron pequeños agujeros quemados a través de la cubierta de tela donde entraba en contacto con el armazón de duraluminio . [37] Los experimentos de Austin mostraron que la chapa desnuda no sufría daños por los rayos, y solo se producían daños menores cuando el metal estaba cubierto por tela. [38] A partir de 1930, cuando Popular Mechanics publicó estos hallazgos , se planearon experimentos adicionales para investigar el efecto de los rayos en los tanques de combustible, el cárter del motor, los instrumentos de vuelo y los cables de control. [37]
En 1933, Austin fundó la A. O. Austin Insulator Company. Después de la muerte de Austin en 1964, la empresa pasó por una serie de cambios de propiedad, siendo en varias ocasiones parte de Decca Navigator Company (una división de Decca Records ), Racal-Decca y Litton Marine . [39] La compra por parte de Decca en 1971 estuvo acompañada de un traslado a la planta de Decca Radar en Toronto, Canadá . [21] Decca había sido previamente cliente y confiaba en los aisladores especializados que Austin proporcionaba; para asegurar la disponibilidad continua de estos componentes, Decca compró la empresa. [2]
Después de más cambios de propiedad, la empresa Austin fue comprada por Patrick Warr, quien había sido empleado de Decca en la década de 1960. [2] A partir de 2024 [actualizar], Warr la dirige como una empresa independiente conocida como Austin Insulators Inc. [39] Los principales productos de la empresa son aisladores y transformadores de alto voltaje utilizados principalmente por la industria de transmisión de radio. [40] Se encuentran disponibles cadenas de aisladores del tipo "núcleo de seguridad" con clasificaciones mecánicas de hasta 1.000.000 libras (450.000 kg). [18] : 34