Cuando me acababa de graduar de la universidad, fui a trabajar a un laboratorio de I + D de Honda. Mi jefe tuvo la idea de usar metal con memoria de forma en los marcos de choque de Honda Accords para optimizar la estructura para el tipo de accidente automovilístico durante el choque. Mi trabajo consistía en descubrir cómo calentar aleaciones de titanio-níquel en unos pocos milisegundos, para aprovechar un cambio en la red cristalina metálica.
Algunos cálculos rápidos mostraron que no podía poner un calentador en la parte exterior de las varillas de titanio, porque llevar suficiente energía térmica al centro de la varilla en milisegundos requeriría derretir el exterior de la varilla, lo cual es bastante impresionante ya que el titanio se derrite a más de 3000 grados F.
Pronto me decidí a poner mucha corriente eléctrica a través de estas barras. Pregunté en el laboratorio de I + D por una fuente de alimentación de alta corriente, algo tan alta como mil amperios. Finalmente, me pusieron en contacto con algunos tipos que trabajan en el frenado regenerativo para automóviles híbridos. En ese momento, en la década de 1990, existía la preocupación de que las baterías se gastaran demasiado rápido con los ciclos de carga del frenado, por lo que estos muchachos habían construido condensadores de alta energía que podrían reducir la energía de la desaceleración de un automóvil y luego cargar lentamente la batería lentamente . Me entregaron una caja rectangular de aluminio, aproximadamente del tamaño de un pequeño libro de bolsillo, y dijeron lentamente: “Este condensador es 1.5 …” y luego hicieron una pausa para enfatizar antes de decir la última palabra muy lentamente:
“Kilofarads”
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Ahora soy ingeniero mecánico. Hago pulgadas, milímetros, libras, newtons, cosas así. A veces me pongo exótico y trabajo con voltios y amplificadores, pero realmente no hago farads. Me di cuenta por el patrón del discurso de que se suponía que los kilofarads me debían impresionar, pero no sabía lo suficiente como para estar realmente impresionado. Probablemente hay algunos ingenieros eléctricos que leen esto que saben exactamente cómo terminará la historia, porque los kilofarads son una unidad ridícula. La forma habitual de medir condensadores en una placa de circuito es en picofaradios, abreviado pF y pronunciado “soplo”. El número de picofaradios normales en la caja de aluminio de 1.5 kilofaradios que sostuve en mi mano era, aproximadamente, el número de pulgadas entre el sol y Plutón. Los kilofaradios son una unidad ridículamente grande, nadie debería entregar un condensador de kilofaradios a un joven ingeniero recién salido de la escuela.
No sabía mucho sobre kilofarads, pero tenía un título de una escuela de renombre y era bastante bueno en matemáticas y física. Escribí algunas ecuaciones y conecté 1,5 kilofaradios, y diseñé un experimento. La parte más difícil del experimento fue en realidad el interruptor, ya que no pude encontrar un interruptor que se activara en un milisegundo y aún manejara mil amperios. Tuve que construir mi propio interruptor, dos bloques de cobre unidos por resortes, pero separados por una pequeña cuerda que corté para comenzar el experimento. No había un interruptor de apagado, pero calculé que el titanio solo se calentaría 400 grados antes de que el capacitor se descargara por completo, y podía dejar que todo se enfriara y se descargara hasta que fuera seguro manejarlo.
Mi primer experimento fue exactamente como se predijo. Cortocircuité el condensador de 1,5 kilofaradios en una varilla de titanio y utilicé un láser pequeño para medir que la varilla se alargara en aproximadamente 0,1 segundos. Fue un buen comienzo, pero para ser útil durante un accidente automovilístico, necesitaba que fuera mucho más rápido.
La matemática sobre cómo hacer que el experimento se ejecute más rápido fue bastante simple. Solo necesitaba ir a cuatro condensadores en serie, para obtener cuatro veces el voltaje. Eso terminó aumentando la resistencia en serie del sistema, por lo que también necesitaba tres condensadores en paralelo, para una matriz 3 × 4 de doce condensadores.
Cargué cada uno de los condensadores hasta 2.5 voltios, los conecté en la matriz adecuada. Adjunté un cable de cobre de 1 cm de diámetro a la matriz, a mi interruptor casero y a la varilla de titanio y níquel. Encendí una computadora portátil para comenzar a grabar datos del sensor de desplazamiento láser. Corté la cuerda para comenzar el experimento.
La barra de titanio salió disparada rápidamente, luego comenzó a brillar. Fue entonces cuando me di cuenta de mi error. Un condensador calentó la barra 400 grados, lo cual estaba bien y no requería un interruptor de apagado. Doce condensadores calentarían la barra doce veces más, o 4.800 grados. El punto de fusión del titanio es de 3.000 grados. Como mecánico, generalmente solo construyo circuitos que otras personas han diseñado y nombrado, y de repente me di cuenta de que mi pequeño circuito tenía un nombre: había construido una caja de fusibles. Había diseñado todo el experimento, era responsable de todo y me di cuenta dolorosamente de que no había interruptor de apagado. Tuve que esperar a que se fundiera el fusible de titanio y níquel de un cuarto de pulgada de diámetro.
Observé que la aleación de titanio y níquel brillaba en rojo, luego en naranja y luego en blanco. Comenzó a ponerse blanco azulado antes de caer, y una gran cantidad de titanio fundido cayó al suelo.
Suceden cosas interesantes cuando los sólidos interactúan sobre una diferencia de temperatura muy grande. Mi laboratorio tenía un piso de acero, cubierto con algún tipo de barniz. No sé las características exactas de ese barniz, pero sé que se vaporizó a mucho menos de 3.000 grados. El titanio en el piso se deslizó un poco, flotando sobre un cojín de barniz vaporizado, antes de quedar atrapado en una esquina con un poco de grasa y comenzar un pequeño incendio. Realmente fue un fuego pequeño, lo apagué con un golpe rápido como apagar una vela o un fósforo. Un golpe rápido con un mazo soltó el titanio; Me preocupaba que pudiera soldarse permanentemente al piso de acero, pero la diferencia en el punto de fusión entre el titanio y el acero es lo suficientemente grande como para que la soldadura sea bastante frágil.
El problema más grande era la huella dejada por el titanio fundido, que había derretido el acero a lo largo de su camino deslizándose por el piso. No había forma de que pudiera ocultar eso.
Tenía que hablar con el gerente del laboratorio y explicarle que había derretido accidentalmente algo de titanio.