Regulador de velocidad Mulvey

Santiago Paolantonio

Con excepción de algunos telescopios especiales, tal como los círculos meridianos, estos instrumentos deben contar con la posibilidad de moverse en distintas direcciones para poder explorar desde su emplazamiento la mayor parte del cielo visible. Además, necesitan compensar el movimiento aparente de la esfera celeste con el objeto de mantener fijo el campo que se observa. Durante el siglo XIX y gran parte del XX se prefirió por este último motivo las monturas ecuatoriales, las cuales con el giro de un único eje, el polar, se logra el movimiento.

El dispositivo mecánico destinado a hacer girar el eje polar con una velocidad de un giro diario es usualmente denominado «sistema de relojería».

Como era común en los instrumentos de la época, los primeros empleados en el Observatorio Nacional Argentino contaban con sistemas de relojería impulsados por pesas, tal el caso del refractor ecuatorial, el telescopio astrográfico y el reflector de 76 cm.

En estos aparatos, la pesa provoca el giro de un tambor, el que es transmitido al eje polar del instrumento a través de un tren de engranajes que reduce su velocidad a una revolución cada 24 horas. La constancia en la velocidad de rotación se logra por medio de un regulador.

1. Esquema simplificado de un sistema de relojería con pesa destinado a un telescopio con montaje ecuatorial. La pesa tira de un cable que se encuentra enrollado en un tambor provocando su giro. El movimiento se transmite al eje polar a través de un tren de engranajes y tornillo sinfín – corona, reduciendo su velocidad a una revolución por día. La constancia de la velocidad de rotación se logra empleando un regulador (Esquema del autor).

En la segunda década del siglo XX, el Dr. Charles D. Perrine, director del Observatorio Nacional Argentino, planifica una serie de observaciones de eclipses totales de Sol, con el objetivo – entre otros – de verificar la Teoría de la Relatividad. En 1912 se envía una comisión a Cristina, Brasil, en 1914 se organiza otra a Teodesia, Ucrania, y en 1916 al norte de Venezuela (Paolantonio, 2008).

Para llevar adelante las observaciones se diseñaron y fabricaron en la institución diversas monturas tipo ecuatorial, destinadas a soportar los instrumentos que se emplearían. Cada montura, elaborada en madera, contaba con su correspondiente sistema de relojería. La tarea estuvo a cargo del instrumentista de la institución, James O. Mulvey, hábil mecánico que había sido empleado en 1910.

2. James Oliver Mulvey en 1912 (Detalle, Archivo OAC, digitalizada por el autor).

Si bien los sistemas de relojerías construidos – cuatro en total – eran convencionales, los mismos contaban con un regulador de velocidad inventado por Mulvey. El diseño de este regulador demostró ser robusto y confiable, particularmente adecuado para las exigentes condiciones con que se enfrentaban los instrumentos en este tipo de expediciones.

3. Izquierda: una de las monturas realizadas en el Observatorio Nacional Argentino destinadas a la observación de los eclipses totales de sol (Archivo OAC, digitalizada e interpretada por el autor). Derecha: sistema de relojería elaborado por James O. Mulvey (fotografía del autor).

4. Sistema de relojería original del Astrográfico del Observatorio Nacional Argentino. Izquierda: detalle del interior (Fotografía del autor). Derecha: el sistema de relojería instalado en el telescopio. Nótese la pesa que impulsa el sistema (Archivo OAC, digitalizada e interpretada por el autor).

En 1900 el Observatorio adquirió un telescopio astrográfico al mecánico francés Paul F. Gautier, con motivo de su participación en el programa Carte du Ciel, destinado al mapeo fotográfico de todo el cielo (Paolantonio, 2011).

La experiencia con este instrumento puso de manifiesto serias irregularidades en el funcionamiento de su sistema de relojería. El regulador de velocidad empleado, del tipo Foucault “de aletas”, no funcionaba correctamente, aparentemente por ser en parte sensible a las condiciones atmosféricas variables (Perrine, 1925). Las dificultades que ocasionaban este defecto llevaron a encarar su modificación^[1].

Los cambios en el sistema, realizados en 1914, estuvieron a cargo de Mulvey, quien reemplazó el regulador de velocidad original por el utilizado para la observación de los eclipses solares.

El arreglo fue exitoso y trabajó tan eficientemente que no necesitó nuevas modificaciones hasta que la relojería se reemplazó varias décadas más tarde por un sistema nuevo que empleaba un motor paso a paso.

Teniendo en cuenta las excelentes prestaciones del regulador, también fue empleado en el sistema de relojería del telescopio reflector de 76 cm construido en la institución y habilitado a fines de 1917.

5. Izquierda: fotografía de la base del telescopio reflector de 76 cm construida en la que se señala el sistema de relojería (Archivo OAC, digitalizada e interpretada por el autor). Derecha: sistema de relojería del reflector hoy (Fotografía del autor).

A pesar de su éxito, no se ha podido encontrar registro que indique que el ingenio haya sido patentado.

El regulador diseñado por Mulvey se constituye en una innovación producida en el Observatorio Nacional Argentino digna de mencionarse.

Descripción del regulador de Mulvey

El telescopio astrográfico, como se indicó, contaba con un sistema de relojería clásico que empleaba un regulador de aletas, similar al mostrado en la figura 6. Las aletas (1) se separan en la medida que aumenta la velocidad angular del eje (2), aumentando de este modo la fricción de las aletas con el aire y limitando en consecuencia la velocidad. El sistema mostrado en la parte izquierda de la figura 6, empleaba resortes para variar la separación de las aletas a una determinada velocidad, permitiendo con el dispositivo (3) cambiar la velocidad límite de giro. El sistema de la derecha utilizaba para el mismo fin pesas. Si bien aún no se ha podido determinar cuál de los sistemas se empleó en el astrográfico de Córdoba, dada su posición se presume que fue el de resortes.

6. Regulador de velocidad de aletas de Foucault (Gariel, 1878; placa 19, figuras 10 y 11).

El regulador ideado por Mulvey también se basa en la dependencia de la fuerza centrípeta con la velocidad de rotación. Sus características generales fueron descriptas por el Dr. Perrine en el Volumen 26 de los Resultados del Observatorio Nacional Argentino, texto acompañado por dos fotografías del ingenio (figura 7):

“Es el sistema más fuerte y seguro para trabajos de eclipse que haya usado jamás. Realmente no tiene partes delicadas que puedan descomponerse, siendo de una sencillez extrema. Puede ser regularizado sin parar el reloj. No parece sensible, y una vez ajustado permanece así durante largos períodos, no requiriendo atención alguna. Las condiciones rigurosas en los trabajos de eclipses, polvo, lluvia, etc., parecen afectarlo muy poco. Los hemos usado desde hace más de diez años. Ni una sola vez durante este lapso de tiempo, incluso los momentos críticos de un eclipse, han fallado en cumplir plenamente con su cometido.

Ellos han probado ser igualmente satisfactorios para los instrumentos fijos de un observatorio.

Las ilustraciones [figura 7] darán una idea bien clara del principio en general del regulador, de manera que una corta descripción será suficiente. El eje en que va montado el regulador es el que gira más rápido, naturalmente. Montado sobre dicho eje hay un disco de bronce de 10 centímetros de diámetro y 2 milímetros de espesor, apenas de espesor suficiente para conservar la rigidez. Sobre este disco, en puntos opuestos, van prendidas las extremidades de otro disco partido y de igual diámetro que el fijo, pero como de un centímetro de espesor. Cada uno do estos sectores tiene un extremo sujeto al disco fijo, algo suelto, por medio do un tornillo, quedando los extremos opuestos libres para separarse por la fuerza centrífuga cuando el eje esta en rotación. Estos dos sectores están, no obstante, sujetos entre sí por dos resortes espirales y una barra de guía, de manera que su movimiento radial queda así, afuera, controlado y sincronizado.

Cuando funciona, estos sectores se abren hacia afuera, sus superficies exteriores friccionan contra un resorte recto, algo rígido y forrado de cuero o fibra, para producir una acción más suave. La posición de dicho resorte (y por lo tanto el limite a que pueden abrirse los sectores) está controlado por un tornillo que le hace presión entre el punto de adhesión y aquel en que tocan los sectores en rotación.

Dicho resorte actúa como un freno sobre los sectores en rotación. La resistencia de los resortes se halla por prueba. Al cuero o fibra se le echa unas gotas de aceite de vez en cuando.

El peso total del regulador, con su eje, es de uno y un decimo de kilo.

El disco más pequeño montado en el extremo opuesto del eje, en la ilustración, es el tambor del freno, para parar la relojería cuando el telescopio no está en uso.” (Perrine, 1925; XII-XIV)

7. Regulador de velocidad de Mulvey, fotografías publicadas en Perrine 1925, p. XIII.

En la figura 8 se presentan dos esquemas del regulador de Mulvey. Los sectores (1 y 2) que pueden rotan en torno a los puntos A y B, están vinculados por dos resortes (3 y 4) y una barra guía (5). El de la izquierda, corresponde al dispositivo detenido, mientras que el de la derecha se representa girando (en torno al eje 6) en el sentido indicado por las flechas. La fuerza centrífuga provoca la separación de los sectores proporcionalmente a la velocidad de rotación. La barra guía permite garantizar que los desplazamientos de los sectores sean iguales, mientras que los resortes, de acuerdo a su constante, limitan la separación. Al llegar a una determinada velocidad, el corrimiento de los sectores es tal que comienzan a rozar con el brazo elástico (7), limitándose de este modo su valor. La velocidad límite se regula acercando o separando el brazo (7) por medio del tornillo 8, acción que puede realizarse aún con el regulador en rotación.

8. Regulador de Mulvey. Izquierda: regulador detenido. Derecha: regulador girando (Esquema del autor).

9. Detalle del interior de uno de los cuatro sistemas de relojerías fabricados por Mulvey para las expediciones destinada a la observación de eclipses totales de Sol. Puede apreciarse el regulador (1) y algunos de sus componentes: (2) resorte, (3) barra guía, (4) eje de giro, (5) engranajes que vinculan el regulador al sistema, (6) brazo elástico de frenado (Fotografía del autor).

10. Izquierda: detalle del interior del sistema de relojería del astrográfico del Observatorio Nacional Argentino. La flecha señala el regulador de Mulvey. En la parte inferior puede verse el tambor en que se enrollaba el cable de la pesa. Centro y derecha: dos vistas del regulador, las flechas señalan el brazo elástico de frenado. (Fotografías del autor).

11. Vistas del interior del sistema de relojería del telescopio reflector de 76 cm, fabricado totalmente en el observatorio. Se señala el regulador de Mulvey. Pueden apreciarse también algunos engranajes y en la parte inferior el tambor para el cable de la pesa. La relojería fue elaborada en 1917, Mulvey había fallecido dos años antes (Fotografías del autor).

Nota:

[1] ← El astrográfico existe en el Observatorio Astronómico de La Plata, elaborado por el mismo famoso mecánico francés, también adoleció de problemas en su sistema de relojería, los que fueron solucionados (Gershanik, 1979) durante la dirección del Dr. J. Hartmann (1921-1934), mediante un dispositivo diseñado y construido en la institución (Anchorena, 1927).

Referencias

Anchorena, B. A. Nazar (1927). La Universidad Nacional de la Plata en el año 1926. Bs As, p. 132.
Gariel, G. M. (1878). Recueil des Travaux Scientifiques de Léon Foucault. Planches. Paris: Gauthier-Villars. Disponible en http://imgbase-scd-ulp.u-strasbg.fr/displayimage.php?album=648&pos=39. Recuperado en mayo de 2011.
Gershanik, S. (1979). El Observatorio Astronómico de La Plata, en Evolución de las ciencias en la República Argentina 1923-1972, Tomo VII, Sociedad Científica Argentina.
Perrine, C. D. (1925). Catálogo Astrográfico, -24°. Coordinadas rectangulares y diámetros de 61.883 estrellas de fotografías hechas en el Observatorio Nacional Argentino, Córdoba. Resultados del Observatorio Nacional Argentino. Volumen 26. Córdoba.
Paolantonio, S. y Minniti, E. (2007). Intentos argentinos para verificar la Teoría de la Relatividad. Actas de la Reunión Anual de la Asociación Argentina de Astronomía. Dubner, G., Rovira, M., Piatti, A. y Bareilles, F. A., eds.. Vol. 50, pp. 359-362. Malargüe, Mendoza.
Paolantonio, S. (2011). El telescopio astrográfico del Observatorio de Córdoba. Disponible en https://historiadelaastronomia.wordpress.com/documentos/astrografico3/.
Rodríguez, J. J. (2011). Comunicación personal.

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Paolantonio, S. (2011). El regulador de velocidad Mulvey. Disponible en https://historiadelaastronomia.wordpress.com/regulador-de-velocidad-mulvey/. Recuperado el… (indicar la fecha).

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