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ZAPPING 0135, 020920


Comprimiendo la materia

Las monedas que verán en las imágenes que siguen, modificadas por un campo magnético extremadamente poderoso que causa que el metal sólido fluya como melaza, son objetos verdaderamente únicos. Para cada moneda se fabrica una bobina de alambre y se aplica a través de ella enormes corrientes que superan el millón de amperes. Se produce entonces un pulso magnético extremadamente poderoso. Los campos magnéticos de la bobina y el que se induce en la moneda se oponen entre sí. A causa de esto la bobina explota como una pequeña bomba, mientras que el metal de la moneda es presionado hacia dentro, causando una compresión que la deja más pequeña, aunque conservando los diseños de su superficie. Todo este proceso ocurre en un abrir y cerrar de ojos (20 a 25 millonésimas de segundo). Lo único que hace contacto con la moneda y produce su deformación es un invisible campo magnético. El peso de la moneda se mantiene igual, sólo que la moneda, luego del proceso, es más pequeña tanto en diámetro como en espesor.


25 cts de Connecticut

25 cts de Delaware

Dólar Sacagawea (frente)

Dólar Sacagawea (reverso)

Moneda japonesa de 5 Yen

Ficha Subte de NY de $1,50

Susan B. Anthony

Susan B. Anthony

Medio dólar Kennedy (1971+)

Medio dólar Kennedy (1971+)

Dólar Morgan

Dólar Morgan

Libertad caminando (Plata)

Dólar Eisenhower

Dólar Eisenhower

10 cts. Roosevelt, reducido a un 60% de su diámetro

Comparación entre 25 cts y la Libertad Caminando

Águila de Plata, 1 Oz Plata, frente

Águila de Plata, 1 Oz Plata, reverso

10 centavos Roosevelt, Frente (aplicados 3000 Joules)

Águila de oro

Águila de oro (reverso)

Dos dólares de Canadá

Medio dólar

25 cts al que se le
aplicaron 6.000 Joules


25 cts de Delaware
Comprimido con un pulso
de 45.000 Volts


25 cts de Delaware
Comprimido con 21 kJoules


El equipo

El sistema de reducción utilizado en estas piezas se basa en una técnica llamada "Formado electromagnético de metal de alta velocidad" o "Magnetoformado" ("Magnetoforming"). Esta técnica fue desarrollada originalmente por la industria aeroespacial y fue popularizada por Aerovox, Grumman y Maxwell. Consiste en la descarga a través de una bobina de un banco de capacitores cargado con alta energía, lo que genera un campo magnético muy poderoso y de variación veloz que "da forma" al metal que se desea trabajar. El sistema funciona mejor sobre metales de conductividad eléctrica alta, tales como el cobre o algunas aleaciones de aluminio, aunque también se puede usar, obteniendo resultados más limitados, con el acero.
      El equipo que produjo las reducciones de monedas de las imágenes posee un gran banco de capacitores de 140 uF y 12.000 volts. Cada capacitor tiene alrededor de 75 cm x 35 cm por 20 cm y pesa alrededor de 76 kg. Por lo general se utilizan dos de estos capacitores. Para conectar los capacitores a su fuente de alto voltaje o a la carga se utiliza un relay de transferencia de Alto Voltaje. Para generar el voltaje que se va a cargar en los capacitores se usa un transformador de 15 kV 60 mA de los que se utilizan en los carteles de neón y un conjunto de rectificadores de 40 kV. El primario del transformador del cartel de neón (de 110 volts) se sobrecarga, aplicándole hasta 140 volts vía un autotransformador variable. La energía disponible a partir del banco de capacitores es función del cuadrado de su voltaje. La fuerza de compresión es una función directa de esta energía.
      

Mesa de trabajo en la que se observa la bobina abulonada y preparada para el disparo, el trigatrón (cilindro oscuro en el que se ve una bujía de encendido que asoma a la derecha) y las barras de alimentación de potencia. Se nota también el efecto de los disparos previos.
La energía cargada en el banco de capacitores se descarga rápidamente a través de una bobina de una sola capa hecha de 8 a 11 vueltas de alambre de cobre AWG #10 o #12. La moneda es sostenida firmemente en el centro de la bobina por un par de soportes de alineación, buscando que el eje central del círculo sea paralelo a la línea central de la bobina. Esto evita que la moneda rote y ayuda a balancear las fuerzas que pretenden eyectarla desde dentro de la bobina. Los extremos de la bobina son firmemente atornillados a unas barras de cobre con una sección de de 6 x 0,8 cm usando bulones de bronce de 3/8". La "llave"'que conecta el banco de capacitores a la bobina es un trigatrón, capaz de manejar el alto voltaje involucrado. Los electrodos de este artefacto tienen alrededor de 6 cm de diámetro y están hechos de bronce. Uno de los electrodos está perforado y roscado para sostener un electrodo de conexión hecho de una bujía modificada de motor a explosión. Este sistema es el único capaz de manejar el alto voltaje y al mismo tiempo conectar la altísima corriente involucrada, que está entre 70.000 y 100.000 amperes.
      El trigatrón es disparado enviando un pulso de alta tensión al electrodo de disparo, que causa la ionización del espacio entre los electrodos y así dispara al dispositivo. Una vez que se dispara el artefacto, la corriente corre velozmente por la bobina con una velocidad de variación (di/dt) que está en el orden de los 4 a 5 mil millones de amperes por segundo. La frecuencia de resonancia natural del circuito LC formado por el banco de capacitores y la bobina está en el orden de los 8 a 12 kHz. Como en un transformador, se induce una gran corriente circular en la moneda, pero debido al efecto de superficie, esta enorme corriente es confinada en su superficie externa, generalmente a menos de 1 mm de profundidad. Gran parte de la corriente corre más fácil por el cobre que está, como en un sandwich, debajo de la cobertura brillante de la moneda, en lugar de hacerlo por el metal de afuera. Esta corriente impide que el campo magnético penetre en el interior de la pieza. El campo generado por esta corriente y el generado por la bobina se oponen entre sí, como lo determina la Ley de Lenz.
      La enorme corriente que se induce en la capa externa de la moneda puede llegar a un millón de amperes o más. Debido que la energía inicial está en un rango de 3.500 a 8.500 Joules, la potencia instantánea es increíble, y por un instante es casi igual a la energía consumida por una ciudad entera. La fuerza de repulsión entre la bobina y la moneda crea una poderosa fuerza compresiva sobre ésta que sobrepasa largamente la rigidez del metal, causando una deformación plástica que deja a la moneda mucho más pequeña. Al mismo tiempo, una fuerza radial similar, pero opuesta, hace explotar la bobina. La bobina sufre también una compresión axial, que tiende a unir sus espiras, pero esta fuerza es menor. En todos los casos, las deformaciones que va sufriendo la bobina van incrementando momento a momento su inductancia, lo que produce el efecto de una espira en cortocircuito en un transformador.
      

Bola de plasma que se produce en el momento del disparo.
Al estallar la bobina, sus alambres se fragmentan y salen disparados en todas direcciones con la fuerza de una pequeña bomba. Por esta razón la bobina se coloca dentro de un escudo de protección hecho con policarbonato Lexan de 12 mm, el mismo tipo que se utiliza para hacer vidrios antibalas. Una vez que la bobina se desintegra, las energías magnética o electrostática residuales se disipan en una bola de plasma blanco azulado que llena el escudo. Parte es disipada, también, por unos resistores de descarga. Este equipo se acciona desde un control remoto ubicado a unos 4 metros y medio de distancia. Se ha comprobado que la energía máxima que se puede usar sin correr el riesgo de fracturar el escudo de Lexan es de alrededor de los 8.000 joules. En otros sistemas, en los que se aplican energías mayores, se han utilizado protecciones de acero.
      La moneda más grande que se ha comprimido usando este equipo tenía alrededor de 3,6 cm de diámetro y quedó reducida a 2,7 cm. Un dólar de plata de 3,6 cm quedó de 3 cm, utilizando 3.600 joules. Las otras monedas muestran rangos variados de reducción.
      Examinando los trozos de las bobinas se ha observado que los alambres fueron estirados sustancialmente (pasan a parecer #14 a #16 AWG) y muestran regiones adelgazadas y torceduras a intervalos periódicos causados por el stress del cobre ante las fuerzas aplicadas por el campo magnético. La mayoría de los fragmentos tienen 6 mm o menos y todas las piezas muestran evidencia de fractura por tensión en los extremos. El esmalte de aislación ha desaparecido, ya que no tiene la elasticidad del cobre y no puede estirarse del mismo modo, dejando el alambre desnudo. Los alambres evidencian también signos de fundido localizado del lado interior del solenoide debido a la concentración de corriente por combinación del efecto de superficie y de proximidad.
      

Zona de trabajo preparada para comprimir una lata de aluminio.
Se utiliza una bobina de mayor diámetro, operando a niveles menores de potencia, para comprimir latas de aluminio, que quedan como si fueran relojes de arena. La "cintura" de estas latas deformadas llega a tener la mitad del diámetro original. En este caso la bobina no se desintegra, por dos razones: se hace con un alambre más grueso (3 vueltas de alambre #4 AWG) y por el menor nivel de energía que se le aplica. Si se aplican energías mayores, la combinación entre el aire súbitamente comprimido en el interior y el ablandamiento de la pared de la lata por las corrientes inducidas causa que ésta se rasgue. Esta deformación también se puede hacer sobre latas de hierro, pero con mucho menor efecto debido a la menor conductividad eléctrica del hierro. Además, la profundidad del efecto de superficie es menor debido al ferromagnetismo del metal. Debido a que la bobina no estalla, los capacitores del banco sufren una descarga completa. Por esto se debe reducir el banco para diminuir las chances de que se dañen los capacitores. Otro problema es que una buena parte de la energía del banco de capacitores se termina de disipar en el trigratrón, lo que causa una mayor erosión de sus electrodos.
      


Arriba Euro de Alemania, abajo 10 Francos (Francia)
El proceso no funciona bien en todas las monedas. Algunas, que están hechas con un interior de cinc cubierto con una delgada capa de cobre, quedan irreconocibles, porque la capa de cobre se vaporiza y el núcleo de cinc se funde en forma globular. Las monedas con cobertura de níquel, debido a la pobre conductividad de la aleación de cobre y níquel, sólo se reducen un 10%. Las monedas bimetálicas, con un anillo de otro metal, por ejemplo, suelen estar hechas de aleaciones diferentes, por lo cual sufren deformaciones diferentes ante el campo magnético. En algunos casos la porción central se achica más que el resto y las partes se separan.
      Debido a los niveles elevados de corriente, los capacitores de alta energía de descarga deben ser fabricados para que posean baja inductancia. Para esto deben usarse técnicas de contrucción que permitan que la estructura pueda soportar el shock que producen las fuerzas magnéticas y la relajación mecánica del dieléctrico que se presentan en el rápido pulso de descarga. Algunos capacitores no están diseñados para soportar picos de corriente de 100.000 amperes y por esto fallan al poco tiempo. Algunos pueden hacerlo de modo catástrofico, rompiéndose la caja de metal. El equipo que produjo las monedas de las imágenes está provisto con capacitores Maxwell de 70 uF, 12 kV, que especifican una supervivencia del 90% luego de 300.000 descargas de 100 kA cada una.
      Los experimentos que se hacen con estos equipos que comprimen monedas parecen señalar algunas inconsistencias en la teoría del campo electromagnético aceptada hoy en día.

Otro equipo, más poderoso
Los fragmentos de alambre de las bobinas indican con claridad la presencia de grandes fuerzas de tensión dentro del alambre. La mayoría de los efectos observados se pueden explicar por el stress de compresión producido por la "presión magnética" dentro del solenoide y por la repulsión prevista por la Ley de Lenz entre la bobina y la moneda. Sin embargo, hay un curioso abultamiento que se puede observar con un microscopio en los fragmentos que puede indicar la presencia de otros efectos. Esto fue notado por un investigador de Tesla Coil Builders de Richmond, Virginia (TCBOR), EEUU, al revisar fragmentos de alambre recibidos de un colega. Parece ser que cuando circula un flujo de corriente extremadamente alto por un conductor sólido o líquido, empiezan a aparecer ciertos efectos que no se pueden explicar del todo por la teoría actual del campo electromagnético y las fuerzas de Lorentz. Un ejemplo interesante se logra aplicando un pulso de corriente muy grande y corto a un trozo recto de alambre. Bajo condiciones apropiadas, el alambre no se funde o vaporiza, sino que se fractura en una serie de fragmentos casi iguales. Cada uno de ellos muestra evidencias innegables de haber sufrido fallas de tensión por impacto. Es como si cada fragmento hubiese sido removido tirando de él para retirarlo de los trozos adyacentes, con muy poca evidencia de haber sido fundido o sufrido estrangulación. Queda claro que se le han aplicado grandes fuerzas de tensión durante el breve instante en que circuló la enorme corriente pero, en teoría, no deberían existir fuerzas de tensión.
      

Aspecto del área de trabajo luego del proceso.
Los doctores Peter y Neal Graneau, padre e hijo, coautores de "Newtonian Electrodynamics" y "Newton Versus Einstein", teorizan que, en base a lo observado en éste y otros experimentos de alta corriente, estos efectos podrían ser producidos por "fuerzas de tensión de Ampere" que se desarrollan en el interior del alambre. Aunque la teoría clásica del electromagnetismo predice la existencia de las fuerzas de tensión de Ampere, éstas han sido retiradas hace tiempo de todos los libros de texto modernos, reemplazadas por la teoría moderna de campo. Es interesante que, aunque las fuerzas de Ampere ya no son aceptadas como parte de la teoría actual del electromagnetismo, su existencia parece ser verificable experimentalmente, quedando sin explicación por la teoría moderna de campo. Los doctores Graneau listan otros provocativos experimentos que parecen dar soporte a la existencia de las fuerzas de tensión de Ampere.
      La última discusión es si las leyes permiten que se deformen monedas de esta manera. La "mutilación, disminución y falsificación fraudulenta de monedas" está prohibida. La palabra clave es que lo prohibido es el "uso fraudulento" de estas piezas, es decir, si se pretenden utilizar las monedas alteradas en un intento de defraudación. Las monedas que se trabajan para adorno o para hacerlas divertidas, y se venden abiertamente en esa condición como souvenir para turistas o interesados en rarezas, no son ilegales.
      ¿Quién inventó este loco equipo? La historia de la compresión de monedas se puede encontrar en La historia conocida de la "compresión de monedas de 25 centavos" (The Known History of "Quarter Shrinking") [ inglés ]
      Si alguien desea comprar de estas monedas reducidas, quien las fabrica y ofrece puede ser contactado por e-mail.

Para más datos:

Formado electromagnético de metales:
1. "Metals Handbook, Volume 4, Forming", American Society for Metals - has a section on Electromagnetic Forming
2. Wilson, Frank W., ed., "High Velocity Forming of Metals", ASTME, Prentice-Hall, 1964, 188pp
3. Bruno, E. J., ed., "High Velocity Forming of Metals", Revised, edition, ASTME, 1968, 227pp

Descarga de capacitores, pulsos de potencia, campos magnéticos elevados y conmutación de alta potencia:
1. Frungel, F., "High Speed Pulse Technology", Vol 3, Academic Press, 1976, 498pp (Capacitor Discharge Engineering)
2. Schaefer, Gerhard, "Gas Discharge Closing Switches", Plenum, 1991, 569pp
3. Martin, T. H., et al, "J. C. Martin on Pulsed Power", Plenum, 1996, 546pp
4. Knoepfel, H., "Pulsed High Magnetic Fields; Physical Effects & Generation…", Elsevier, 1970, 372pp
5. Fowler, C. M., Caird, Erickson, "Megagauss Technology and Pulsed Power Applications", Plenum; 1987; 879pp
6. Vitkovitsky, Ihor, "High Power Switching", Van Nostrand Reinhold, 1987, 304pp
7. Pai, S. T, & Zhang, Q., "Introduction to High Power Pulse Technology", World Scientific, 1995, 307pp
8. Sarjeant, W. J. & Dollinger, Richard E., "High Power Electronics", Tab Professional & Reference Books, 1989, 392pp
9. Shneerson, G. A.," Fields & Transients in Superhigh Pulse Current Devices", Nova Science, 1997, 561pp
10. Parkinson, David H., Mulhall, Brian E., "The Generation of High Magnetic Fields", Plenum, 1967, 165pp

Lecturas especiales si uno no está muy solidamente afirmado en la Teoría del Campo Electromagnético (excelentes y provocadores):
1. Graneau, Peter & Neal, "Newtonian Electrodynamics", World Scientific, 1996, 288pp
2. Graneau, Peter & Neal, "Newton Versus Einstein, How Matter Interacts with Matter", Carlton Press, 1993, 219pp
3. Jefimenko, Oleg, "Causality, Electromagnetic Induction, and Gravitation", Electret Scientific, 1992, 180pp

Fuentes de información on line:
http://www.df.lth.se/~snorkelf/Longitudinal/Slutdok.html
http://www.roger-univ.ro/ro/publicatii/lucrari/dan_chicea.pdf"

Traducido, adaptado y ampliado por Eduardo J. Carletti de sitios en la web.


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