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El invento del limpiaparabrisas para automóviles – Una historia brillantez de la ingeniería
El invento del limpiaparabrisas para automóviles – Una historia brillantez de la ingeniería
¿Sabías que la tecnología moderna de los limpiaparabrisas, que todos damos por sentada, nació gracias a un destello de genialidad de un hombre?
El profesor Robert Kearns, que inventó esta eficiente tecnología de limpiaparabrisas, se inspiró en el ojo humano. Las tecnologías de limpiaparabrisas anteriores a ésta eran bastante malas y obstruían la visión del conductor.
La tecnología de los limpiaparabrisas del señor Kearns era tan original y brillante que la compañía Ford intentó robarla.
Exploremos los detalles de su brillante invento.
Primero debemos comprender los errores que cometieron los ingenieros previos al profesor Kearns al desarrollar su tecnología de limpiaparabrisas.
Puedes ver que las escobillas limpiaparabrisas logran un movimiento oscilante con la ayuda de un mecanismo de unión de cuatro barras. Un motor de corriente continua acciona un tornillo sin fin. El ensamblaje del tornillo sin fin se utiliza para la multiplicación del torque.
Este mecanismo otorga movimiento continuo a los limpiaparabrisas, pero estos limpiaparabrisas de movimiento continuo pueden obstruir la visión. Los limpiaparabrisas que se mueven continuamente afectan en gran medida a la visión, incluso durante una lluvia ligera.
Aquí surge el ingenio del señor Robert Kearns, quien introdujo la idea de los limpiaparabrisas intermitentes. Él observó que los humanos parpadean, pero este parpadeo nunca obstruye su visión.
La razón por la que no somos conscientes de nuestro parpadeo es que es intermitente. Nuestros párpados se toman un largo descanso después de cada parpadeo. Este largo descanso en los extremos es el motivo por el cual nuestro parpadeo no interrumpe nuestra visión.
En términos de manejo, si detenemos la escobilla del limpiaparabrisas durante un cierto tiempo después de cada ciclo de limpieza, se reduce la interferencia respecto a la visión del conductor. Este momento ajá fue el destello de genialidad del profesor Kearns.
Podemos lograr este diseño de limpiaparabrisas intermitente utilizando una disposición de levas, como se muestra. La salida del motor puede conectarse a una leva que moverá el limpiaparabrisas solo durante un corto período de tiempo y se mantendrá detenido por un período de permanencia en la parte inferior del parabrisas.
Voilà, hemos logrado un limpiaparabrisas intermitente... ¿cierto?
¿Puedes ver el problema de este diseño?
El hecho es que el tiempo de permanencia o descanso de un limpiaparabrisas debe variar en función de la intensidad de la lluvia. En una situación de poca lluvia se necesita un tiempo de permanencia largo. En cambio, en una situación de lluvia intensa, por supuesto necesitarías un tiempo de permanencia más corto.
Variar el tiempo de permanencia utilizando un sistema puramente mecánico no es práctico. De hecho, el profesor Kearns fue tan inteligente que se dio cuenta del problema de los limpiaparabrisas intermitentes puramente mecánicos, y ni siquiera intentó este diseño.
Para conseguir un diseño de limpiaparabrisas con tiempo de permanencia variable, la solución no puede ser puramente mecánica: debe incluir electrónica también. Esta revelación fue el segundo destello de genialidad de Kearns.
Para este propósito, él desarrolló un circuito electrónico con todas estas características incorporadas.
Para entender el circuito, revisemos algunos datos básicos sobre los transistores.
El transistor se enciende cuando su base se polariza hacia adelante, y se apaga cuando se polariza inversamente.
Introduzcamos un interruptor de doble efecto para hacer que la conmutación de los estados de polarización directa e inversa sea más fácil. Cuando el interruptor está en este estado, la base está polarizada hacia adelante y el circuito está encendido. Cuando el interruptor está en estado B, la base pasa a un estado de polarización inversa y el flujo de corriente se detiene en el circuito.
Utilicemos este circuito de transistores para alimentar el motor de limpiaparabrisas.
Aquí, el mecanismo de limpiaparabrisas está conectado directamente a la salida del motor. Esto, evidentemente, se trata de un limpiaparabrisas continuo.
Curiosamente, una leva conectada al motor puede fácilmente manejar el interruptor, y el circuito se apaga. El limpiaparabrisas está ahora en fase de permanencia.
El profesor Robert Kearns, que inventó esta eficiente tecnología de limpiaparabrisas, se inspiró en el ojo humano. Las tecnologías de limpiaparabrisas anteriores a ésta eran bastante malas y obstruían la visión del conductor.
La tecnología de los limpiaparabrisas del señor Kearns era tan original y brillante que la compañía Ford intentó robarla.
Exploremos los detalles de su brillante invento.
Primero debemos comprender los errores que cometieron los ingenieros previos al profesor Kearns al desarrollar su tecnología de limpiaparabrisas.
Puedes ver que las escobillas limpiaparabrisas logran un movimiento oscilante con la ayuda de un mecanismo de unión de cuatro barras. Un motor de corriente continua acciona un tornillo sin fin. El ensamblaje del tornillo sin fin se utiliza para la multiplicación del torque.
Este mecanismo otorga movimiento continuo a los limpiaparabrisas, pero estos limpiaparabrisas de movimiento continuo pueden obstruir la visión. Los limpiaparabrisas que se mueven continuamente afectan en gran medida a la visión, incluso durante una lluvia ligera.
Aquí surge el ingenio del señor Robert Kearns, quien introdujo la idea de los limpiaparabrisas intermitentes. Él observó que los humanos parpadean, pero este parpadeo nunca obstruye su visión.
La razón por la que no somos conscientes de nuestro parpadeo es que es intermitente. Nuestros párpados se toman un largo descanso después de cada parpadeo. Este largo descanso en los extremos es el motivo por el cual nuestro parpadeo no interrumpe nuestra visión.
En términos de manejo, si detenemos la escobilla del limpiaparabrisas durante un cierto tiempo después de cada ciclo de limpieza, se reduce la interferencia respecto a la visión del conductor. Este momento ajá fue el destello de genialidad del profesor Kearns.
Podemos lograr este diseño de limpiaparabrisas intermitente utilizando una disposición de levas, como se muestra. La salida del motor puede conectarse a una leva que moverá el limpiaparabrisas solo durante un corto período de tiempo y se mantendrá detenido por un período de permanencia en la parte inferior del parabrisas.
Voilà, hemos logrado un limpiaparabrisas intermitente... ¿cierto?
¿Puedes ver el problema de este diseño?
El hecho es que el tiempo de permanencia o descanso de un limpiaparabrisas debe variar en función de la intensidad de la lluvia. En una situación de poca lluvia se necesita un tiempo de permanencia largo. En cambio, en una situación de lluvia intensa, por supuesto necesitarías un tiempo de permanencia más corto.
Variar el tiempo de permanencia utilizando un sistema puramente mecánico no es práctico. De hecho, el profesor Kearns fue tan inteligente que se dio cuenta del problema de los limpiaparabrisas intermitentes puramente mecánicos, y ni siquiera intentó este diseño.
Para conseguir un diseño de limpiaparabrisas con tiempo de permanencia variable, la solución no puede ser puramente mecánica: debe incluir electrónica también. Esta revelación fue el segundo destello de genialidad de Kearns.
Para este propósito, él desarrolló un circuito electrónico con todas estas características incorporadas.
Para entender el circuito, revisemos algunos datos básicos sobre los transistores.
El transistor se enciende cuando su base se polariza hacia adelante, y se apaga cuando se polariza inversamente.
Introduzcamos un interruptor de doble efecto para hacer que la conmutación de los estados de polarización directa e inversa sea más fácil. Cuando el interruptor está en este estado, la base está polarizada hacia adelante y el circuito está encendido. Cuando el interruptor está en estado B, la base pasa a un estado de polarización inversa y el flujo de corriente se detiene en el circuito.
Utilicemos este circuito de transistores para alimentar el motor de limpiaparabrisas.
Aquí, el mecanismo de limpiaparabrisas está conectado directamente a la salida del motor. Esto, evidentemente, se trata de un limpiaparabrisas continuo.
Curiosamente, una leva conectada al motor puede fácilmente manejar el interruptor, y el circuito se apaga. El limpiaparabrisas está ahora en fase de permanencia.
Sin embargo, este es un mecanismo de tiempo de permanencia infinito. Este circuito no será capaz de volver a encender el motor.
Volvamos a la etapa activa y tratemos de solucionar este problema.
Este circuito está ahora en la etapa activa. Pausemos la escena e introduzcamos un par condensador–resistencia en el circuito, como se muestra. Se puede ver la dirección del flujo de corriente en la resistencia.
Debido a esta resistencia, habrá una diferencia de potencial entre los dos terminales del condensador, y esto hará que el condensador se cargue, como se muestra.
Cuando la leva maneje el interruptor, el circuito se apaga, como hemos visto antes. El condensador cargado actúa como un héroe: está listo para descargarse.
El potencial en el punto B es siempre fijo. Sin embargo, el potencial en el punto A cambiará durante la descarga.
Vamos a asumir que, cuando el condensador está completamente cargado, el potencial en el punto A es mayor que en el punto B. El transistor está, obviamente, polarizado inversamente.
Sin embargo, a medida que el condensador empieza a descargarse, el voltaje en el punto A va decayendo. En algún punto, el voltaje en el punto A se vuelve menor que en el punto B — y el transistor vuelve activo.
El tiempo de duración de la descarga del circuito hasta la activación de la base es el tiempo de permanencia de este limpiaparabrisas.
Lo interesante es que podemos ajustar fácilmente este tiempo de permanencia al ajustar el valor de la resistencia. A mayor resistencia, mayor tiempo de permanencia.
De esta manera, utilizando una electrónica inteligente, el profesor Kearns logró conseguir un mecanismo de limpiaparabrisas de tiempo de permanencia variable.
El corazón de este invento es un brillante circuito electrónico, pero es accionado por un interruptor mecánico. Una absoluta genialidad, ¿cierto?
Sin embargo, durante una lluvia intensa necesitamos un tiempo de permanencia de casi cero. No es práctico conseguir una resistencia cero, y con esto un tiempo de permanencia cero.
Durante una lluvia intensa, la fricción entre el vidrio y el limpiaparabrisas es muy baja. Veamos cómo esta baja fricción afecta a nuestro circuito durante su etapa de permanencia o etapa no activa.
El circuito está desconectado, pero los limpiaparabrisas aún tienen buen impulso. Éstos continuarán el movimiento hacia abajo, ya que la fuerza de fricción es baja.
Debido al gran impulso de los limpiaparabrisas, éstos proporcionan fuerza motriz al resto del mecanismo, y la leva gira. Esto lleva a la activación del motor de nuevo.
En pocas palabras, la inercia de los limpiaparabrisas ayuda a saltarse el período de permanencia del mecanismo. Esto es, por supuesto, un método rudimentario para obtener un limpiado continuo a partir de un mecanismo intermitente.
En la patente del profesor Kearns, este ha elaborado circuitos incluso más sofisticados para conseguir la limpieza continua.
Los limpiaparabrisas modernos utilizan relés en lugar de levas para manejar el motor de limpiaparabrisas. El tiempo de permanencia puede medirse y modificarse con precisión mediante circuitos de temporización en microcontroladores.
Además, estos microcontroladores reciben información de los sensores de humedad o lluvia presentes en el parabrisas, para limpiarlo automáticamente si está mojado.
Después de desarrollar un diseño de limpiaparabrisas tan brillante, lo que le ocurrió al profesor Kearns fue trágico. Él tuvo que pasar una buena parte de su vida en batallas judiciales contra la compañía automovilística Ford por infringir su patente.
Finalmente, ganó la batalla legal.
Esperamos que te haya inspirado el hecho de que unas simples observaciones pueden dar lugar a increíbles inventos.
Nos vemos la próxima vez.
Volvamos a la etapa activa y tratemos de solucionar este problema.
Este circuito está ahora en la etapa activa. Pausemos la escena e introduzcamos un par condensador–resistencia en el circuito, como se muestra. Se puede ver la dirección del flujo de corriente en la resistencia.
Debido a esta resistencia, habrá una diferencia de potencial entre los dos terminales del condensador, y esto hará que el condensador se cargue, como se muestra.
Cuando la leva maneje el interruptor, el circuito se apaga, como hemos visto antes. El condensador cargado actúa como un héroe: está listo para descargarse.
El potencial en el punto B es siempre fijo. Sin embargo, el potencial en el punto A cambiará durante la descarga.
Vamos a asumir que, cuando el condensador está completamente cargado, el potencial en el punto A es mayor que en el punto B. El transistor está, obviamente, polarizado inversamente.
Sin embargo, a medida que el condensador empieza a descargarse, el voltaje en el punto A va decayendo. En algún punto, el voltaje en el punto A se vuelve menor que en el punto B — y el transistor vuelve activo.
El tiempo de duración de la descarga del circuito hasta la activación de la base es el tiempo de permanencia de este limpiaparabrisas.
Lo interesante es que podemos ajustar fácilmente este tiempo de permanencia al ajustar el valor de la resistencia. A mayor resistencia, mayor tiempo de permanencia.
De esta manera, utilizando una electrónica inteligente, el profesor Kearns logró conseguir un mecanismo de limpiaparabrisas de tiempo de permanencia variable.
El corazón de este invento es un brillante circuito electrónico, pero es accionado por un interruptor mecánico. Una absoluta genialidad, ¿cierto?
Sin embargo, durante una lluvia intensa necesitamos un tiempo de permanencia de casi cero. No es práctico conseguir una resistencia cero, y con esto un tiempo de permanencia cero.
Durante una lluvia intensa, la fricción entre el vidrio y el limpiaparabrisas es muy baja. Veamos cómo esta baja fricción afecta a nuestro circuito durante su etapa de permanencia o etapa no activa.
El circuito está desconectado, pero los limpiaparabrisas aún tienen buen impulso. Éstos continuarán el movimiento hacia abajo, ya que la fuerza de fricción es baja.
Debido al gran impulso de los limpiaparabrisas, éstos proporcionan fuerza motriz al resto del mecanismo, y la leva gira. Esto lleva a la activación del motor de nuevo.
En pocas palabras, la inercia de los limpiaparabrisas ayuda a saltarse el período de permanencia del mecanismo. Esto es, por supuesto, un método rudimentario para obtener un limpiado continuo a partir de un mecanismo intermitente.
En la patente del profesor Kearns, este ha elaborado circuitos incluso más sofisticados para conseguir la limpieza continua.
Los limpiaparabrisas modernos utilizan relés en lugar de levas para manejar el motor de limpiaparabrisas. El tiempo de permanencia puede medirse y modificarse con precisión mediante circuitos de temporización en microcontroladores.
Además, estos microcontroladores reciben información de los sensores de humedad o lluvia presentes en el parabrisas, para limpiarlo automáticamente si está mojado.
Después de desarrollar un diseño de limpiaparabrisas tan brillante, lo que le ocurrió al profesor Kearns fue trágico. Él tuvo que pasar una buena parte de su vida en batallas judiciales contra la compañía automovilística Ford por infringir su patente.
Finalmente, ganó la batalla legal.
Esperamos que te haya inspirado el hecho de que unas simples observaciones pueden dar lugar a increíbles inventos.
Nos vemos la próxima vez.