Una eolípila , aeolípila o eolípila , del griego «Αἰόλου πύλη», lit. « puerta de Eolo » , también conocida como máquina de Herón (o de Garza ) , es una turbina de vapor radial simple, sin aspas , que gira cuando se calienta el recipiente central de agua. El par se produce por chorros de vapor que salen de la turbina. El matemático e ingeniero greco-egipcio Herón de Alejandría describió el dispositivo en el siglo I d. C., y muchas fuentes le atribuyen el crédito por su invención. [1] [2] Sin embargo, Vitruvio fue el primero en describir este aparato en su De architectura ( c. 30-20 a. C. ). [3]
Se considera que la eolípila es la primera máquina de vapor o turbina de vapor de reacción registrada , pero no es una fuente práctica de energía ni un predecesor directo del tipo de máquina de vapor inventada durante la Revolución Industrial . [4]
El nombre, derivado de la palabra griega Αἴολος y la palabra latina pila , se traduce como "la bola de Eolo ", siendo Eolo el dios griego del aire y el viento.
Debido al uso de vapor como medio para realizar el trabajo, la Eolípila (vista de perfil) fue adoptada como símbolo de la Tarifa de Técnico de Calderas de la Marina de los EE. UU., que se había formado a partir de las tarifas de Watertender, Boilermaker y Boilerman (que usaban el mismo símbolo).
El eolípilo consiste generalmente en un recipiente esférico o cilíndrico con boquillas opuestamente dobladas o curvadas que proyectan hacia afuera. Está diseñado para girar sobre su eje. Cuando el recipiente se presuriza con vapor, el gas es expulsado fuera de las boquillas, lo que genera empuje debido al principio del cohete [5] como consecuencia de la 2.ª y 3.ª leyes de movimiento de Newton . Cuando las boquillas, apuntando en diferentes direcciones, producen fuerzas a lo largo de diferentes líneas de acción perpendiculares al eje de los cojinetes , los empujes se combinan para dar como resultado un momento de rotación ( par mecánico ), o par , que hace que el recipiente gire sobre su eje. La resistencia aerodinámica y las fuerzas de fricción en los cojinetes se acumulan rápidamente con el aumento de la velocidad de rotación ( rpm ) y consumen el par de aceleración, cancelándolo finalmente y logrando una velocidad de estado estable .
Por lo general, y como Hero describió el dispositivo, el agua se calienta en una caldera simple que forma parte de un soporte para el recipiente giratorio. Cuando este es el caso, la caldera está conectada a la cámara giratoria mediante un par de tubos que también sirven como pivotes para la cámara. Alternativamente, la cámara giratoria puede servir como caldera, y esta disposición simplifica enormemente los mecanismos de pivote/cojinete, ya que entonces no necesitan pasar vapor. Esto se puede ver en la ilustración de un modelo de aula que se muestra aquí.
Tanto Heró como Vitruvio se basan en el trabajo mucho más temprano de Ctesibio (285-222 a. C.), también conocido como Ktēsíbios o Tesibius, que fue un inventor y matemático de Alejandría , en el Egipto ptolemaico . Escribió los primeros tratados sobre la ciencia del aire comprimido y sus usos en bombas.
Vitruvio (c. 80 a. C. – c. 15 a. C.) menciona a las eolípilas por su nombre:
Las eolípilas son vasijas huecas de bronce que tienen una abertura o boca de pequeño tamaño por la que se pueden llenar de agua. Antes de calentar el agua sobre el fuego, se desprende poco viento. Sin embargo, tan pronto como el agua empieza a hervir, se desata un viento violento. [6]
Hero (c. 10–70 d. C.) adopta un enfoque más práctico, ya que da instrucciones sobre cómo hacer uno:
Nº 50. La máquina de vapor. Se coloca un caldero sobre el fuego: una bola girará sobre un pivote. Se enciende un fuego debajo de un caldero, AB (fig. 50), que contiene agua y está cubierto por la boca con la tapa CD; con éste se comunica el tubo curvado EFG, cuyo extremo está encajado en una bola hueca, H K. Frente al extremo G se coloca un pivote, LM, que descansa sobre la tapa CD; y se deja que la bola contenga dos tubos curvados, que se comunican con ella en los extremos opuestos de un diámetro, y que están curvados en direcciones opuestas, formando ángulos rectos y cruzando las líneas FG, L M. A medida que el caldero se calienta, se verá que el vapor, que entra en la bola a través de EFG, sale por los tubos curvados hacia la tapa y hace que la bola gire, como en el caso de las figuras danzantes. [1]
No se sabe si la eolípila se utilizó de manera práctica en la antigüedad, ni si se la consideraba un dispositivo pragmático, una novedad caprichosa, un objeto de reverencia o alguna otra cosa. Una fuente la describió como una mera curiosidad para los antiguos griegos o un "truco de fiesta". [7] El dibujo de Hero muestra un dispositivo independiente y presumiblemente estaba pensado como una "maravilla del templo", como muchos de los otros dispositivos descritos en Pneumatica . [ Aclaración necesaria ] [1]
Vitruvio , por otra parte, menciona el uso de la eolípila para demostrar las propiedades físicas del clima. Las describe como:
æolipylas de bronce, que muestran claramente que un examen atento de las invenciones humanas a menudo conduce al conocimiento de las leyes generales de la naturaleza. [6]
Después de describir la construcción del dispositivo (ver arriba) concluye:
Así pues, un simple experimento nos permite comprobar y determinar las causas y los efectos de las grandes operaciones de los cielos y de los vientos. [6]
En 1543, Blasco de Garay , un científico y capitán de la marina española, supuestamente demostró ante el emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, Carlos V y un comité de altos funcionarios un invento que, según él, podía propulsar grandes barcos en ausencia de viento utilizando un aparato que consistía en una caldera de cobre y ruedas móviles a cada lado del barco. [8] Este relato fue preservado por los archivos reales españoles en Simancas . [9] Se propone que De Garay utilizó la eolípila de Hero y la combinó con la tecnología utilizada en los barcos romanos y las galeras medievales tardías. [8] Aquí, la invención de De Garay introdujo una innovación en la que la eolípila tenía un uso práctico, que era generar movimiento en las ruedas de paletas, demostrando la viabilidad de los barcos impulsados por vapor. [9] Esta afirmación fue negada por las autoridades españolas. [10]
