El escape de saltamontes es un mecanismo de baja fricción para relojes de péndulo inventado por el relojero británico John Harrison alrededor de 1722. Un escape, parte de cada reloj mecánico , es el mecanismo que da al péndulo del reloj empujones periódicos para mantenerlo oscilando, y cada oscilación libera los engranajes del reloj para avanzar una cantidad fija, moviendo así las manecillas hacia adelante a un ritmo constante. El escape de saltamontes se utilizó en algunos relojes reguladores construidos durante la época de Harrison, y algunos otros a lo largo de los años, pero nunca se ha utilizado ampliamente. El término " saltamontes " en este sentido, aparentemente a partir de la acción de pateo de las paletas, aparece por primera vez en el Horological Journal a fines del siglo XIX. [1]
John Harrison utilizó el escape de saltamontes en sus relojes reguladores, y también en los tres primeros de sus cronometradores marinos, H1 - H3. [ cita requerida ] Determinar la posición longitudinal era un problema importante en la navegación marítima; Newton argumentó que se podía utilizar el posicionamiento astronómico, pero una posibilidad teórica más sencilla era utilizar el conocimiento preciso de la hora en una ubicación base específica. La diferencia horaria entre la hora local, que era fácil de medir, y la hora en la base da la diferencia de longitud entre la base y el barco, ya que 24 horas de tiempo equivalen a 360 grados de longitud. Se ofreció un gran premio para una solución al problema y Harrison dedicó su vida a idear y construir cronometradores de gran precisión. La precisión y la fricción eran los principales problemas. Dos ventajas del escape de saltamontes son la repetibilidad de su funcionamiento y que no necesita lubricación . La repetibilidad de su funcionamiento es inherente a su diseño. Una paleta se libera solo por el enganche de la otra; el impulso dado al péndulo es, por tanto, completamente regular en su sincronización. Los lubricantes de los que disponía Harrison eran de mala calidad, sucios y de corta duración, por lo que los relojes convencionales debían detenerse con frecuencia para limpiarlos y engrasarlos. Con su limpio y absolutamente estable escape de saltamontes, Harrison inició una serie de investigaciones a largo plazo sobre el rendimiento de los relojes, [2] que le llevaron a inventar el péndulo de rejilla , que contrarrestaba los efectos de la expansión y la contracción con los cambios de temperatura. El rendimiento de sus relojes mejorados le proporcionó a su vez un estándar preciso y conveniente con el que probar sus cronómetros marinos.
Harrison desarrolló el escape de saltamontes a partir de un escape de áncora convencional que construyó para un reloj de torreta que iba en el bloque de establos de Brocklesby Hall en Lincolnshire . Este resultó ser poco fiable, [3] requiriendo atención repetida por lo que Harrison se sintió incómodo, por lo que alrededor de 1722 modificó el escape colocando una bisagra en el medio de cada brazo del áncora. Las paletas con bisagras apuntaban en la misma dirección, oponiéndose a la rotación de la rueda de escape. A medida que la rueda de escape empuja la paleta, la bisagra se aleja de la rueda de escape. La paleta gira sobre su punto de contacto con la rueda mientras empuja el áncora. Al mismo tiempo, la otra paleta se acerca a la rueda. Cuando entra en contacto con la rueda, la empuja ligeramente hacia atrás y el contacto entre la rueda y la primera paleta se rompe. Ambas paletas son ligeramente pesadas en la cola, por lo que naturalmente tienden a alejarse de la rueda. Por lo tanto, la primera paleta se mueve fuera de la trayectoria de la rueda de escape y la tarea de impulsar el péndulo pasa a la segunda paleta.
El primer palet se apoya contra un tope que lo mantiene en la posición correcta, de modo que cuando el péndulo llega al final de su recorrido, empujado por el segundo palet, el primero oscila hacia abajo y vuelve a entrar en la trayectoria de la rueda. Hace contacto con la rueda y, impulsado por el impulso del péndulo, empuja la rueda ligeramente hacia atrás. Esto libera el segundo palet, que se retira elegantemente hasta su tope, habiendo transferido nuevamente la tarea de impulsar el péndulo al primer palet. El pequeño movimiento del palet sobre su bisagra implica mucha menos fricción que el contacto deslizante en un escape convencional; no necesita lubricación y hay tan poco desgaste que Harrison pudo hacer sus palet con madera. Uno de los palet originales en Brocklesby Park todavía funcionaba cuando se renovó el reloj en 2005 [4], mientras que el otro solo se reemplazó después de un accidente en 1880. Harrison modificó más tarde el diseño del escape haciendo que un palet tire en lugar de empujar, colocando un pequeño gancho en el extremo del brazo pivotante para entrar en contacto con los dientes de la rueda de escape. También puso ambos ejes de bisagra juntos en un pasador común.
Cuando el palé empuja la rueda de escape hacia atrás, también se empuja con fuerza contra su tope. Para evitar el desgaste o los daños, los topes están diseñados para ceder. Cada tope está articulado alrededor del mismo eje que su palé. Los palés son pesados en la parte trasera, pero los topes son pesados en la parte delantera, por lo que tienden a caer hacia la rueda. Los topes son lo suficientemente pesados en la parte delantera como para que la combinación de palé más tope también tienda a caer hacia la rueda, pero esto se evita mediante un pasador fijo en el anclaje. Esto significa que el pasador sujeta el tope que mantiene el palé en el lugar correcto para que se acople limpiamente con la rueda de escape. Cuando el palé se encuentra con la rueda, empuja la rueda hacia atrás y, al hacerlo, levanta el tope de su pasador. Cuando la rueda empuja el palé, el tope vuelve a bajar sobre su pasador y se separa del palé. Cada tope también se levanta de su pasador una vez en cada ciclo por el impulso del palé que llega.
La tendencia de las paletas a moverse fuera del camino de la rueda tiene algunas consecuencias graves. La primera es que cada vez que se interrumpe el impulso a la rueda de escape, las paletas pierden contacto y cuando el impulso se restablece, la rueda de escape puede no estar restringida y puede acelerar rápidamente y sin control. [5] Para evitar que esto sucediera mientras se estaba dando cuerda al reloj, Harrison inventó uno de sus mecanismos más duraderos, una potencia de mantenimiento que todavía se usa ampliamente en relojes. En su construcción habitual, consiste en una rueda de trinquete intercalada entre, y coaxial con, el primer engranaje impulsor (y el que gira más lento) del movimiento y el barrilete al que está unido el peso (o resorte). Cuando se da cuerda al reloj, el barrilete va hacia atrás y un trinquete en la rueda de mantenimiento se desliza sobre los dientes tallados en el barrilete. Sin embargo, el primer engranaje sigue siendo impulsado hacia adelante porque hay un resorte entre la rueda de mantenimiento y el primer engranaje que empuja contra él. Al hacerlo, intenta empujar la rueda de mantenimiento hacia atrás. Esto se evita mediante un trinquete fijado al marco del reloj que se acopla a los dientes tallados alrededor del borde de la rueda de mantenimiento. Una vez que el reloj está completamente enrollado, se libera la presión sobre la llave y el barrilete impulsa la rueda de mantenimiento y el primer engranaje de la manera normal. También rebobina el resorte de mantenimiento listo para la próxima vez que se dé cuerda al reloj. Durante el funcionamiento normal, el trinquete que evita que la rueda de mantenimiento retroceda simplemente se desliza sobre los dientes de la rueda de mantenimiento.
La segunda consecuencia de la tendencia de las paletas a moverse fuera del camino de la rueda es que cuando el reloj se detiene y se detiene, ambas paletas vuelven a sus topes. [5] A menos que los extremos de una o ambas paletas sean lo suficientemente largos como para encajar en el espacio entre los dientes de la rueda de escape, la rueda se soltará tan pronto como se dé cuerda al reloj. El mismo problema puede surgir si las bisagras de los topes se ensucian y se atascan en su posición elevada.
Al igual que otros escapes menos precisos, el saltamontes empuja el péndulo hacia adelante y hacia atrás durante todo su ciclo; nunca se le permite oscilar libremente. [5] Esto perturba el movimiento natural del péndulo como oscilador armónico . Casi al mismo tiempo que Harrison inventó el saltamontes, George Graham introdujo una versión mejorada del escape de percusión inactiva , [6] inventado originalmente por Richard Towneley en 1675, [6] que permitía que el péndulo oscilara prácticamente sin perturbaciones durante la mayor parte de su ciclo. Este escape preciso se convirtió en el estándar en los relojes reguladores de precisión. [6]
Debido a estas diversas idiosincrasias, el escape de saltamontes nunca se utilizó ampliamente. [5] Harrison lo utilizó en sus cronómetros marinos prototipo , H1 - H3, [7] y Justin y Benjamin Vulliamy fabricaron una pequeña cantidad de reguladores utilizando el diseño de Harrison, [8] pero sigue siendo hoy lo que era en la época de Harrison: una curiosidad brillante y única.
El 19 de septiembre de 2008, en el Corpus Christi College de la Universidad de Cambridge , en Cambridge , Inglaterra, se inauguró un reloj público único construido como tributo al mecanismo de escape de saltamontes de John Harrison, el Corpus Clock . El industrial John Taylor gastó un millón de libras en construir el reloj mecánico. Con la sensación de que el mecanismo de escape de Harrison no era lo suficientemente conocido, el mecanismo de escape de saltamontes del reloj está expuesto en la parte superior del reloj, construido en forma de un saltamontes demoníaco llamado "Chronophage" o "devorador de tiempo", que abre y cierra rítmicamente sus mandíbulas, representando el tiempo siendo devorado.
El reloj, de 1,5 metros de diámetro, tiene muchas otras características notables. No tiene manecillas, sino que utiliza tres pares concéntricos de discos anulares apilados (un par para cada hora, minutos y segundos), ranurados y con lentes para permitir el escape selectivo de la luz desde un conjunto cerrado y continuamente iluminado de diodos emisores de luz . La disposición de las ranuras en cada disco, junto con la rotación del disco más adelantado de cada par, crea un efecto Vernier , produciendo la ilusión de luces que giran a distintas velocidades alrededor de tres circunferencias concéntricas en la esfera del reloj.
El péndulo acelera, desacelera y a veces se detiene, pero vuelve a la hora correcta cada cinco minutos. Taylor diseñó el reloj para recordarse a sí mismo su propia mortalidad. [9]
Un mecanismo completamente nuevo destinado a los relojes de pulsera utiliza un escape tipo saltamontes [ cita requerida ] . Este nuevo tipo de regulador mecánico utiliza estructuras flexibles tanto en el escape como en el oscilador. Una rueda de silicio oscila unas 86.400 veces por hora, aproximadamente tres veces más rápido que en los relojes de pulsera convencionales. El desarrollo inicial se realizó en el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) con Pierre Genequand, un físico suizo, como inventor principal. [10] Al eliminar la fricción tanto como sea posible, un reloj de este tipo puede funcionar durante más de un mes después de darle cuerda, una reserva de marcha excepcional. [11] El prototipo de este nuevo calibre (movimiento) ha sido exhibido por Parmigiani Fleurier . [12]
Un escape de saltamontes es una parte esencial de un reloj escultural de Martin Burgess , conocido como Burgess Clock B. Uno de un par basado en la tecnología del último reloj regulador de John Harrison , fue completado por Charles Frodsham & Company a pedido de su propietario, Donald Saff . Después de una prueba exitosa allí, fue transferido al Observatorio Real de Greenwich para una evaluación detallada de su rendimiento a largo plazo. [13] Esto fue supervisado por la Worshipful Company of Clockmakers y el National Physical Laboratory , cuyos representantes colocaron sellos a prueba de manipulación en la caja del reloj. Aunque el reloj tiene cuerda eléctrica, lo que evita cualquier perturbación del reloj durante la evaluación, por lo demás es completamente mecánico. Al final de un período de cien días, el error máximo no había excedido los cinco octavos de segundo, sin tener que aplicar ninguna tolerancia para una deriva constante del tiempo (velocidad). Como resultado, el 18 de abril de 2015, la organización Guinness World Records entregó un certificado de récord mundial [14] a Martin Burgess por haber fabricado el reloj puramente mecánico más preciso que funciona al aire libre. El reloj permanece en el ROG; en 2017 fue trasladado a la galería que contiene los cronometradores marinos de Harrison, donde se sigue controlando su rendimiento.