Henry  Bessemer

 

Bessemer, Sir Henry (1813-1898)  Inventor británico, nacido en Charlton, Hertfordshire, y autodidacta, en gran medida. Fue un inventor prolífico, pero se le conoce sobre todo por sus innovaciones en la siderurgia que elevaron enormemente la producción anual de acero en Inglaterra, consiguiendo un acero de gran calidad, disponible a un costo muy reducido.

El convertidor de Bessemer permitió la obtención de acero barato y, con él, la construcción de obras de ingeniería asombrosas para la época.

A los 20 años, Bessemer diseñó un procedimiento que evitaba las falsificaciones de los sellos impresos en los documentos oficiales que fue adoptado por la Casa del Timbre.

Patentó más de 117 inventos: entre ellos, un dispositivo para la obtención de caracteres tipográficos, un nuevo tipo de proyectil, frenos para ferrocarriles, máquinas para la industria del vidrio.

Diseñó una máquina para la fabricación de polvo de bronce destinado al revestimiento de superficies con efectos de oro, que invadió el mercado y fue empleado en toda Inglaterra para la decoración.

Anunció los detalles del método. Los industriales siderúrgicos invirtieron fortunas en altos hornos para manufacturar acero por el nuevo sistema, pero el producto resultó de ínfima calidad y Bessemer perdió prestigio y credibilidad.

Volvió a los experimentos para perfeccionar su método. Como ya no creían en él, instaló sus propias acerías en Sheffield, Inglaterra. Importó mineral sin fósforo de Suecia y vendió acero de alta calidad a un costo muy inferior al de sus competidores.

Durante más de dos mil años, el hombre había utilizado el hierro como el metal común más duro y resistente que conocía. Se obtenía calentando mineral de hierro con coque y caliza. El producto resultante contenía gran cantidad de carbono (del coque) y recibía el nombre de «hierro fundido» o «fundición». Era barato y duro, pero también quebradizo; bastaba un golpe fuerte para partirlo.

El carbono era posible eliminarlo del hierro fundido a base de mezclarlo con más mineral de hierro. El oxígeno del mineral se combinaba con el carbono del hierro fundido y formaba monóxido de carbono gaseoso, que se desprendía en burbujas y ardía. Atrás quedaba el hierro casi puro, procedente del mineral y del hierro fundido: es lo que se llamaba «hierro forjado» o «hierro pudelado». Esta forma del hierro era resistente y aguantaba golpes fuertes sin partirse. Pero era bastante blando y además caro.

El acero podía hacerse más fuerte que el arrabio y más duro que el hierro forjado, combinando así las virtudes de ambos. Antes de Bessemer, había que convertir primero el arrabio en hierro forjado y añadir después los ingredientes precisos para conseguir el acero. Si el hierro forjado era ya caro, el acero lo era el doble. Metal bastante escaso, se utilizaba principalmente para fabricar espadas.

La tarea que se propuso Bessemer fue la de eliminar el carbono del arrabio a precios moderados. Pensó que el modo más barato y fácil de añadir oxígeno al hierro fundido para quemar el carbono era utilizar un chorro de aire en lugar de añadir mineral de hierro.

Bessemer empezó a experimentar y no tardó en demostrar que el chorro de aire cumplía su propósito. El aire quemaba el carbono y la mayor parte de las demás impurezas, y el calor de la combustión aumentaba la temperatura del hierro. Controlando el chorro de aire, Bessemer consiguió fabricar acero a un coste bastante inferior al de los anteriores métodos.

En 1856 anunció los detalles del método. Los industriales siderúrgicos estaban entusiasmados e invirtieron fortunas en «hornos altos» para manufacturar acero por el nuevo sistema. Imaginaos su horror cuando descubrieron que el producto era de ínfima calidad; Bessemer, acusado de haberles tomado el pelo, volvió a los experimentos.

Resultó que en este método no se podía utilizar mineral que contuviera fósforo; el fósforo quedaba en el producto final y hacía que el hierro fuese quebradizo. Y había dado la casualidad de que Bessemer utilizara mineral de hierro libre de fósforo en sus experimentos.

Anunció este hallazgo, pero los industriales no prestaban ya oídos: estaban hasta la coronilla de los hornos de Bessemer. Así que éste pidió dinero prestado e instaló sus propias acerías en Sheffield, Inglaterra, en 1860. Importó mineral sin fósforo de Suecia y comenzó a vender acero de alta calidad a 100 dólares menos la tonelada que ninguno de sus competidores. Aquello acabó con toda reticencia.

Hacia 1870 se hallaron métodos de resolver el problema del fósforo, lo cual permitió aprovechar los vastísimos recursos norteamericanos de mineral de hierro. Bessemer fue ennoblecido en 1879 y murió en Londres, rico y famoso, en 1898.

El acero barato permitió construir obras de ingeniería que hasta entonces no se habían podido ni soñar. Las vigas de acero se podían utilizar ahora como esqueletos para sostener cualquier cosa imaginable. Los ferrocarriles comenzaron a recorrer continentes enteros sobre carriles de acero y grandes navíos de acero empezaron a surcar los océanos. Los puentes colgantes salvaban ríos, los rascacielos iniciaron su escalada a las alturas, los tractores eran ahora más fuertes, y no tardaron en aparecer los automóviles con bastidores de acero. Y en el mundo de la guerra empezaron a tronar cañones más potentes que ponían a prueba nuevos blindajes, más resistentes.

http://historiaybiografias.com/bessemer/

  

Convertidor de Bessemer.

El principal invento fue el convertidor de Bessemer, que permitió que este metal se produjera con una mayor calidad y también que fuera más barato. Su inventor fue Henry Bessemer, un ingeniero inglés del S.XIX. (Nos llama mucho la atención que vivió nada más y nada menos que ¡¡85 AÑOS!!

Este aparato lo que hace es convertir el arrabio (lo que obtenemos al reducir el mineral de hierro, tiene un alto porcentaje de carbono) ya procesado,.

Su funcionamiento consiste en una caldera forrada de acero en cuyo interior se encuentra un revestimiento de un material refractario (tiene una gran resistencia al calor y al fuego). La parte superior está abierta, mientras que la parte de abajo es redonda y se mueve gracias a un eje horizontal. Tiene dos agujeros a través de los cuales introducen el aire.

Se sitúa sobre dos soportes, que hacen que la caldera se pueda mover y girarse, para introducir la función y posteriormente colar el acero.

Para cargar el convertidor, se lo inclina, y luego se vierte el arrabio derretido por la abertura que se halla en la parte superior. A continuación, se suelta el aire, el cual pasa a través de la masa de hierro derretido. Sólo cuando la corriente de aire alcanza su máxima intensidad, se vuelve a poner el convertidor en posición vertical. De otro modo, el metal derretido taparía los agujeros del fondo, evitando que el aire entrara en el horno.

Cuando éste se encuentra en pleno funcionamiento, lanza al aire chispas brillantes, un denso humo de color pardo, y llamas de color rojo oscuro. Después de algunos minutos, las llamas crecen y se tornan más brillantes, lo cual indica que se está quemando el carbono. Al cabo de unos 15 minutos, las llamas desaparecen con rapidez, y todas las impurezas quedan eliminadas.

Luego, se vuelve a inclinar el convertidor y se cierra el paso del aire. Esta acción debe efectuarse en el momento preciso. Si se procede prematuramente, quedan algunas impurezas en el metal, y si, por el contrario, se retarda la operación, se quema el metal, quedando inutilizado. A continuación se añaden los elementos necesarios, tales como carbono y manganeso, y se obtiene así el producto final.

http://arablogs.catedu.es/blog.php?id_blog=1953&id_articulo=123168

Módulo de elasticidad

Un hilo metálico sometido a un esfuerzo de tracción sufre una deformación que consiste en el aumento de longitud y en una contracción de su sección.

Supondremos que el aumento de longitud es el efecto dominante, sobre todo en hilos largos y de pequeña sección. Estudiaremos el comportamiento elástico de los hilos, aquél en el que existe una relación de proporcionalidad entre la fuerza F aplicada al hilo y el incremento DL de su longitud o bien, entre el esfuerzo F/S y la deformación unitaria DL/L0.

Donde S es la sección del hilo S=pi r2, y Y es una constante de proporcionalidad característica de cada material que se denomina módulo de elasticidad o módulo de Young.

Metal	Módulo de Young, Y·1010 N/m2
Cobre estirado en frío	12.7
Cobre, fundición	8.2
Cobre laminado	10.8
Aluminio	6.3-7.0
Acero al carbono	19.5-20.5
Acero aleado	20.6
Acero, fundición	17.0
Cinc laminado	8.2
Latón estirado en frío	8.9-9.7
Latón naval laminado	9.8
Bronce de aluminio	10.3
Titanio	11.6
Níquel	20.4
Plata	8.27

                                                  Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975.

Representando el esfuerzo en función de la deformación unitaria para un metal obtenemos una curva característica semejante a la que se muestra en la figura. Durante la primera parte de la curva, el esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria, estamos en la región elástica. Cuando se disminuye el esfuerzo, el material vuelve a su longitud inicial. La línea recta termina en un punto denominado límite elástico.

Si se sigue aumentando el esfuerzo la deformación unitaria aumenta rápidamente, pero al reducir el esfuerzo, el material no recobra su longitud inicial. La longitud que corresponde a un esfuerzo nulo es ahora mayor que la inicial L₀, y se dice que el material ha adquirido una deformación permanente.

El material se deforma hasta un máximo, denominado punto de ruptura. Entre el límite de la deformación elástica y el punto de ruptura tiene lugar la deformación plástica.

Si entre el límite de la región elástica y el punto de ruptura tiene lugar una gran deformación plástica el material se denomina dúctil. Sin embargo, si la ruptura ocurre poco después del límite elástico el material se denomina frágil.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/alargamiento/alargamiento.htm#Fundamentos físicos

Limite elástico y plástico

El límite elástico, también denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta deformaciones permanentes y no recupera su forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Los materiales sometidos a tensiones superiores a su límite de elasticidad tienen un comportamiento plástico.

Si las tensiones ejercidas continúan aumentando el material alcanza su punto de fractura. El límite elástico marca, por tanto, el paso del campo elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto comporta que en una situación de tensión uní axial, el límite elástico es la tensión admisible a partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material.

Zona elástica: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recupera su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material.

Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente.

http://resistenciadematerialesiupsm.blogspot.mx/2009/09/comportamiento-elastico-y-plastico-de.html

Método de Cross

El método de Cross es un método de aproximaciones sucesivas, que no significa que sea aproximado. Quiere decir que el grado de precisión en el cálculo puede ser tan elevado como lo desee el calculista. El método permite seguir paso a paso el proceso de distribución de momentos en la estructura, dando un sentido físico muy claro a las operaciones matemáticas que se realizan.

Una viga empotrada-empotrada, está sometida a un sistema de acciones. En ella se pueden considerar tres tramos. Los tramos primero y último, de acuerdo con el convenio, tienen flexión negativa, mientras que el tramo intermedio presenta flexión positiva. Los momentos flectores MA y MB en los apoyos serán negativos, así como los momentos del tramo intermedio son positivos. Por el principio de acción y reacción, la viga ejerce sobre los apoyos unos momentos y los apoyos sobre las vigas otros, que serán iguales y de sentido contrario. A estos momentos se les llama pares de empotramiento. Por tanto, los pares de empotramiento son las acciones que ejercen los apoyos sobre la pieza. Estos pares de empotramiento tienen el mismo valor absoluto que los momentos flectores MA y MB. Tomando el convenio de signos, el par en el apoyo A es positivo, mientras que el par en B es negativo. Como los momentos flectores en los apoyos son de signo negativo, para pasar de momentos flectores a pares de Bases del método de Cross 3 empotramiento basta cambiar de signo al de la izquierda y mantener el signo al de la derecha. De igual modo se opera para pasar de pares de empotramiento a momentos flectores. En las piezas verticales se actúa de la misma forma. Como no hay establecido un signo de flexión, se define uno. Para pasar de pares de empotramiento a momentos flectores, o a la inversa, se cambia de signo al valor de un extremo