miércoles, 19 de marzo de 2014

CONTRAPESO DE PESO VARIABLE - PRUEBA DE LABORATORIO

Como puede verse en la primera imagen: para la  prueba de laboratorio se usaron los siguientes elementos:
1.- botella de plástico con agua en su interior
2.- Balanza de platillos
3.- Botellas de agua de mesa 2.5 litros
4.- manguera transparente de media pulgada ó 12.5 milímetros
5.- pesas de 1 kilo y de medio kilo
6.- plomo en pedazos
7.- perno de 17 gramos de peso
8.- cubeta (azul) con agua

Paso 1.- en cada botella de agua de mesa de 2.5 litros se ha vertido aproximadamente 1.5 litros de agua y se les ha comunicado por arriba con la manguera, estableciendo el par de vasos comunicantes.
Paso 2.- Se ponen las botellas, una de ellas sobre un plato de la balanza y la otra sobre una base adecuada que le permita estar casi al nivel de la otra botella.
Paso 3.- Se acciona manualmente la balanza, que de este modo, se comporta sólo como una palanca inter apoyante de brazos iguales y se eleva la botella que está sobre el platillo de la balanza y verificamos que efectivamente existen vasos comunicantes y que mientras se eleva la botella, parte del líquido que contiene se traslada hacia la otra botella (la que está fuera de la balanza)
Paso 4.- Calcular la cantidad de líquido que pasa de una botella a otra.- Como ambas botellas tienen la misma forma y volumen, la cantidad de líquido que pase de la botella que está sobre la balanza será igual a la mitad del volumen de líquido contenido en una altura igual al desplazamiento espacial de la botella. La botella se desplaza tanto como la palanca y la palanca se desplaza una pulgada (se puede apreciar en la foto el desnivel) Por lo tanto, como el nivel de líquido previo al desplazamiento  o elevación de la botella era el mismo en la otra, cuando la primera botella se eleva una pulgada o 25 milímetros, la mitad de ese volumen va hacia la otra botella y en consecuencia: en la botella que se eleva el nivel de líquido desciende 12.5 milímetros, y su volumen disminuye en 12.5 mm x 3.1416 x radio de la botella al cuadrado ó 1.25 cm x 3.1416 x 27.56 cm2 ó 108 cm3.
Paso 4.- Cálculo del peso húmedo: Ahora ya sabemos que el volumen de líquido que la botella que está sobre la balanza cede a la otra botella es de 108 cm3, por lo tanto, la botella que está sobre la balanza perderá un peso de 108 gramos cuando se eleve y ese será el peso húmedo, por lo tanto debemos introducir 108 gramos de agua en la botella que aparece colgando de un extremo de la balanza sobre una cubeta azul.
Paso 5.- Hecho lo anterior agregamos peso al platillo opuesto a la botella que se elevará, hasta estar muy cerca del punto de equilibrio, lo que significa que si agregáramos una pizca más de peso , la botella comenzaría a elevarse. Este peso que se agrega también es calculable e incluye el peso de la botella que se eleva y el peso de la manguera y el líquido que contiene fuera del nivel hasta su punto medio entre las dos botellas, menos el peso total del peso húmedo.
Paso 6.- Agregar un peso adicional al platillo con las pesas para desequilibrar el sistema. En este caso agregamos un perno que pesaba 17 gramos.

Resultado: Efectivamente al agregar el perno, el platillo con las pesas pesa más que la botella, en consecuencia baja y la botella sube, apenas comienza a subir empieza a ceder volumen a la otra botella que está fuera de la balanza hasta establecer un nuevo nivel, luego retiramos el perno del platillo con las pesas y lo agregamos al platillo que sostiene la botella que se eleva, cuando hacemos ésto la botella que se elevó inmediatamente comienza a bajar, recuperando el volumen y peso que perdió. En el interín o entretanto, cuando se produce el desequilibrio del sistema, esto es, cuando agrego el perno al plato que contiene las pesas, el peso húmedo (la botella que pende de un extremo de la balanza) desciende y se hunde en el agua que contiene la cubeta azul, pero desciende a medida que la botella que se eleva pierde peso, claro, como pierde peso entonces el plato que contiene las pesas pesa cada vez más, pero como una parte de ese peso es agua que se sumerge en agua (cuyo peso se anula) (antigravedad ?) se restablece el equilibrio (salvo los 17 gramos), luego al retirar el perno del plato con las pesas y pasarlo al plato que sostiene la botella que se eleva sucede lo inverso: la botella que se elevó ahora baja y  el volumen y peso que cedió, ahora regresa y le aumenta el peso y pesa cada vez más y rescata al peso húmedo subiéndolo y volvemos al momento inicial. En la segunda foto se pueden apreciar algunos detalles, como, la diferente posición de la botella que pende de un extremo de la balanza o la diferencia de posición de la botella que se eleva.

Calificación: Califico el experimento como bueno, pues ha probado que es víable. El contrapeso de peso variable funciona, En condiciones duras (por los recursos empleados) como debe ser, se requieren 17 gramos dos veces para que una cubeta de dos comunicadas, ceda a la otra 108 gramos de agua ó 34/108  que podemos situar en treinta por ciento, pero considerando que se requieren 31.5 litros de agua para generar un empuje de 100 kilos (motor de empuje NKN), tenemos pues, que en estas condiciones duras requeriríamos de 10 kilos (30% de 32) para trasladar 32 litros de una cubeta a otra, en otras palabras, requiero de 10 kilos para producir un empuje de 100.
Es necesario destacar que el factor altura es irrelevante cuando se trata de un sistema como el mostrado porqué una vez que se produce el desequilibrio del sistema, éste persiste hasta llegar al extremo inferior, por lo tanto si la palanca en lugar de desplazarse una pulgada lo hiciera 8 o 10 no se afectaría la cantidad de fuerza necesaria para desequilibrar el sistema.
El factor tiempo, si es importante porqué afecta el resultado. Desde un punto de vista teórico sólo se requeriría de un gramo para desequilibrar cualquier sistema, pero el diámetro de la manguera que conecta las botellas por arriba es mínimo (condición dura) equivale a 1.5 cm2  cuando el volumen que se desplaza tiene un área de 50 centímetros cuadrados. Esto determina que el volumen de 62 centímetros cúbicos que cede la botella que se eleva demora demasiado en pasar a la otra botella, no sólo, porqué la manguera que las comunica es muy estrecha sino también porqué es demasiado larga. 
Se pueden comunicar los recipientes por abajo (como en el esquema del contrapeso de peso variable) pero no es muy aconsejable porqué el grosor de los tubos los hace muy rígidos, o se pueden comunicar por arriba con tubos mucho más grandes en diámetro suspendidos sobre los vasos comunicantes, o lateralmente o de costado, en fin, es necesario explorar nuevas formas, de hecho la siguiente que mostraré será usando tubos y conexiones de pvc de uso en grifería.
Claro, como el líquido demora en pasar de una botella a otra, entonces entorpece la acción del peso húmedo que desciende, porqué suceden ambos eventos en diferentes tiempos.
El aspecto más importante que afectó la prueba es el diámetro de la botella que pende al extremo de la balanza. Cómo no encontré otra a mano más adecuada debí usar esta, que se ve en la foto, y cuyo radio no es constante porqué su forma es irregular en la base con 3.5 en la base y luego 3.8 cm. de modo tal que es difícil acomodar 108 cm3 de agua en una pulgada de botella como debe ser, además de ser demasiado grande.  Esto explica un tanto porqué debí usar tanto peso como 17 gramos para desequilibrar el sistema. En la siguiente prueba corregiremos este detalle.

Conclusión: El contrapeso de peso variable funciona, En mejores condiciones, además cualquiera puede replicar el experimento, se  demostrará una vez más  que el concepto teórico es acertado y se fabricará un motor de movimiento perpetuo.



Lima, marzo 19 de 2014
Jorge Egúsquiza Loayza
jorge_egusquiza@hotmail.com