Download BIOGRAFIA DE WILLIAM JOHN MACQUORN RANKINE

BIOGRAFIA DE WILLIAM JOHN MACQUORN RANKINE
'William John Macquorn Rankine'' nació el día 5 de julio de 1820 en una familia de Edimburgo.
Sus padres fueron David Rankine, teniente del Ejército Británico, y Barbara Grahame, de una
prominente familia de abogados y banqueros. Debido a su mala salud fue educado en su
hogar, pero más tarde asistió a la Academia Ayr (1828-9) y, por un tiempo muy breve, a la
Escuela Superior de Glasgow (1830). Alrededor de 1830 la familia se mudó a Edimburgo,
donde en 1834 empezó a estudiar en la Academia Naval con el matemático George Lees.
Para entonces ya era muy competente en matemáticas y recibió, como regalo de su tío los
Principia de Newton (1687), en latín original.
Rankine en 1836 comenzó a estudiar un amplio espectro de temas científicos en la
Universidad de Edimburgo, incluyendo Historia Natural con Robert Jameson, y Filosofía
Natural con el físico James David Forbes. Estudiando con Forbes, fue galardonado con
premios por los ensayos sobre métodos de investigación física y en la teoría ondulatoria de
la luz. Durante las vacaciones, asistía a su padre quien, a partir de 1830, fue gerente y luego
tesorero e ingeniero del Ferrocarril Edimburgo y Dalkeith, que llevaba carbón a la creciente
ciudad. Salió de la Universidad de Edimburgo en 1838 sin graduarse (hecho que entonces no
era inusual) y marchó a Irlanda en procura de formarse como ingeniero civil, donde se
convirtió en aprendiz de Sir John Benjamin MacNeill, un renombrado ingeniero civil quien
era en ese momento inspector de la Comisión de Ferrocarriles de Irlanda, con quien trabajó
hasta 1842. Durante su aprendizaje desarrolló una técnica, más tarde conocida como el
método de Rankine, para trazar las curvas del ferrocarril, aprovechando plenamente el
teodolito y una mejora sustancial en la precisión y la productividad en los métodos
existentes. De hecho, al mismo tiempo la técnica era usada por otros ingenieros, y en la
década de 1860 hubo una controversia menor sobre la prioridad inventiva de Rankine.
Entre 1844 y 1848 trabajó para Locke & Errington en la construcción del Ferrocarril de
Clydesdale Junction, y seguidamente en varias obras de la Caledonian Railway Company. En
1845/46 diseño una propuesta para obras hídricas en Edimburgo y Leith que fue rechazada
por la oposición de la Edinburgh Water Company. En 1849 fue elegido miembro de la Royal
Society of Edinburgh, y continuó realizando diversos trabajos como ingeniero civil, En 1852
fue elegido miembro de la Philosophical Society de Glasgow, y el 2 de junio del año siguiente
Fellow de la Royal Society de Londres. Por sus investigaciones en el campo de la
termodinámica, la Royal Society of Edinburgh le concedió la Medalla Keith en 1854, y en
noviembre de 1855 fue designado Regius Professornota 1 de Ingeniería Civil y Mecánica en la
Universidad de Glasgow, cargo que ocuparía hasta su muerte. Desde esa cátedra trabajó
estrechamente con los constructores navales de Glasgow en mejoras sustanciales de diseño
de las naves y sus motores. Introdujo los llamados “sandwich courses” (“cursos
emparedado”) que requerían a los estudiantes trabajar en firmas locales de ingeniería
durante sus vacaciones, como forma de práctica profesional, y promovió vigorosamente el
reconocimiento de la Ingeniería como materia de grado. Como resultado de estos esfuezos,
la universidad introdujo un Certificado de Aptitud en Ciencia de la Ingeniería en 1863, y en
1872 se instauró el grado de BSc (bachiller en ciencias) para la ingeniería.
Como consecuencia de una tormenta notable sucedida en 1856, Rankine trabajó sobre la
estabilidad de las chimeneas obteniendo importantes conclusiones prácticas.nota 2 Al año
siguiente el Trinity College de Dublín lo distinguió con un doctorado honorífico y fundó la
Institución de Ingenieros y Constructores Navales de Escocia, siendo su primer presidente;
también elaboró una teoría de la resistencia superficial en las embarcaciones, con base en
datos experimentales proporcionados por su amigo J. R. Napier. En 1858 publicó la primera
edición de su texto de mecánica aplicada, Applied Mechanics, y en 1859 el Manual of the
Steam Engine and other Prime Movers; en julio de ese año, Rankine fue fundamental en la
formación del 2º Cuerpo de Fusileros Voluntarios de Lanarkshire en la Universidad de
Glasgow, ingresando como capitán y convirtiéndose en mayor en 1860 al comando del 2º
Batallón del 1.er Regimiento de Fusileros Voluntarios de Lanarkshire de ese Cuerpo, puesto
que ocupó hasta 1864, cuando renunció debido a la presión de trabajo relacionado con la
arquitectura naval. En 1861 terminó su Manual of Civil Engineering, que publicó en 1862,
año en que también fue jurado de maquinaria en la Exposición Universal de Londres; al año
siguiente la Institución de Ingenieros de Escocia lo premió con la medalla de oro por un
artículo sobre la licuefacción del vapor.
En 1864 profundizó su atención sobre los problemas de la ingeniería naval y la mecánica de
fluidos, investigando la acción de las olas y el rolido de las embarcaciones y dictando
conferencias en la Royal School of Naval Architecture (Real Escuela de Arquitectura Naval)
sobre resistencia de materiales, nuevamente al año siguiente sobre resistencia de los fluidos,
y también en 1866 y 1867. A partir de 1865 comenzó a contribuir regularmente con la revista
The Engineer, y el año siguiente vió aparecer el libro Shipbuilding - Theoretical and Practical
del que fue editor y autor de varios capítulos. En 1868 fue elegido miembro de la Real
Academia de las Ciencias de Suecia. En 1870 se publicó su libro Machinery and Millwork, fue
designado en la junta investigadora del hundimiento del HMS Captain, y en diciembre de ese
año fue designado miembro del Comité de Navíos de Guerra. Al año siguiente fue elegido
vicepresidente de la Royal Society of Edinburgh, y en 1872, junto con el Dr. Stevenson
Macadam, investigó e informó sobre las causas de explosiones en los molinos de grano.
Falleció el 24 de diciembre de 1872 en su casa de 8 Albion Crescent, Dowanhill, Glasgow.
El año 1842 marcó también al primer intento de Rankine de reducir los fenómenos de calor
a una fórmula matemática, pero su propósito se vio frustrado por la falta de datos
experimentales.
Sin desanimarse, volvió a su fascinación juvenil con la mecánica del motor térmico. Aunque
su teoría de circulación de las corrientes de los vórtices elásticos cuyos volúmenes
espontáneamente adaptados a su entorno pudiera sonar antojadiza para los científicos
formados bajo un concepto moderno, en 1849 logró hallar la relación entre la presión de
vapor saturado y la temperatura. Al año siguiente utilizó su teoría para establecer relaciones
entre temperatura, presión y densidad de los gases, y expresiones para el calor latente de
evaporación de un líquido. Predijo con precisión el sorprendente hecho de que el calor
específico aparente del vapor saturado sería negativo.
Alentado por su éxito, se dedicó a calcular la eficiencia de los motores térmicos y utilizó su
teoría como base para deducir el principio de que la máxima eficiencia de un motor térmico
es solo función de las dos temperaturas entre las que opera. Si bien Rudolf Clausius y Wiliam
Thomson, Lord Kelvin, habían deducido ya un resultado similar, Rankine alegó que su
resultado se apoyaba únicamente en su hipótesis molecular de vórtices, en lugar de hacerlo
sobre la teoría de Carnot o alguna otras hipótesis. El trabajo marcó el primer paso en el
camino de Rankine para desarrollar una teoría más completa de calor.
Posteriormente, Rankine reestructuró los resultados de su teorías moleculares en términos
de una cuenta macroscópica de la energía y sus transformaciones. Definió y estabeció
distinciones entre la energía real que se pierde en los procesos dinámicos y la energía
potencial que la reemplaza. Supuso constante la suma de las dos energías, una idea que que
aunque reciente ya era familiar en la ley de conservación de la energía. Desde 1854 hizo
amplio uso de su función termodinámica, para darse cuenta más tarde que era idéntica a la
entropía de Clausius. Para 1855 Rankine había formulado una “ciencia de la energética” que
explicaba la dinámica en términos de energía y sus transformaciones en lugar de fuerza y
movimiento. La teoría fue muy influyente en la década de 1890 e influyó significativamente
en el físico francés Pierre Duhem, que en su Traité de l'énergétique (1911) considera a la
termodinámica, no la mecánica clásica, como la teoría más fundamental. En 1859 propuso
la escala de temperatura de Rankine, una escala absoluta o termodinámica, cuyo grado es
igual a un grado Fahrenheit.
Su teoría energética ofreció a Rankine una aproximación alternativa, y bastante más
convencional, a su ciencia; en consecuencia, desde mediados de la década de 1850 hizo
bastante menos uso de sus vórtices moleculares. Sin embargo, reivindicó que los trabajos de
James Clerk Maxwell sobre electromagnetismo eran efectivamente una extensión de su
modelo. En 1864, alegó que las teorías microscópicas de calor propuestas por Clausius y
Maxwell sobre la base del movimiento lineal atómico eran inadecuadas; solamente a partir
de 1869 Rankine admitió el éxito de estas teorías rivales. Para ese tiempo, su propio modelo
atómico se había vuelto casi idéntico al de Thomson.
Como objetivo constante, especialmente como profesor de ingeniería, usó sus propias
teorías para desarrollar un conjunto de resultados prácticos y deducir los principios físicos
subyacentes, que incluyen:
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La ecuación de Rankine-Hugoniot sobre la propagación de ondas de choque, que
gobierna el comportamiento de las ondas de choque normales al flujo entrante. Se
la ha nombrado en honor de Rankine y el ingeniero francés Pierre Henri Hugoniot.
El ciclo de Rankine, un análisis de un motor de vapor ideal con condensador.
Como en otros ciclos termodinámicos, la máxima eficiencia del ciclo Rankine se da
calculando la eficiencia máxima del ciclo de Carnot.
Propiedades de los gases y del vapor.