Juan Smeaton

John Smeaton FRS (8 de junio de 1724 - 28 de octubre 1792) fue un ingeniero civil británico responsable del diseño de puentes, canales, puertos y faros. También fue un ingeniero mecánico capaz y un físico eminente. Smeaton fue el primer "ingeniero civil" autoproclamado y, a menudo, se lo considera el "padre de la ingeniería civil". Fue pionero en el uso de cal hidráulica en el hormigón, utilizando guijarros y ladrillo pulverizado como áridos. Smeaton estaba asociado con la Sociedad Lunar.

Derecho y física

Smeaton nació en Austhorpe, Leeds, Inglaterra. Después de estudiar en Leeds Grammar School, se unió al bufete de abogados de su padre, pero lo dejó para convertirse en un fabricante de instrumentos matemáticos (trabajando con Henry Hindley), desarrollando, entre otros instrumentos, un pirómetro para estudiar la expansión del material. En 1750, sus instalaciones estaban en el Gran Torniquete de Holborn.

John Smeaton de George Romney, 1779 (detalles), National Portrait Gallery, Londres

Fue elegido miembro de la Royal Society en 1753 y en 1759 ganó la Medalla Copley por su investigación sobre la mecánica de ruedas hidráulicas y molinos de viento. Su artículo de 1759 "Una investigación experimental sobre los poderes naturales del agua y el viento para hacer girar molinos y otras máquinas dependiendo del movimiento circular" abordó la relación entre la presión y la velocidad de los objetos que se mueven en el aire (Smeaton señaló que la tabla que lo hace en realidad fue aportada por 'mi amigo el Sr. Rouse', 'un ingenioso caballero de Harborough, Leicestershire' y calculado sobre la base de los experimentos de Rouse), y sus conceptos se desarrollaron posteriormente para idear el 'Coeficiente de Smeaton'. Los experimentos con ruedas hidráulicas de Smeaton se realizaron en un modelo a pequeña escala con el que probó varias configuraciones durante un período de siete años. El aumento resultante en la eficiencia de la energía hidráulica contribuyó a la Revolución Industrial.

Durante el período 1759–1782, realizó una serie de experimentos y mediciones adicionales en ruedas hidráulicas que lo llevaron a apoyar y defender la teoría vis viva del alemán Gottfried Leibniz, una formulación temprana de la conservación de energía. Esto lo llevó a entrar en conflicto con miembros del establecimiento académico que rechazaron la teoría de Leibniz, creyéndola inconsistente con la conservación del impulso de Sir Isaac Newton.

Coeficiente de Smeaton

En su artículo de 1759 "Una investigación experimental sobre los poderes naturales del agua y el viento para hacer girar molinos y otras máquinas que dependen del movimiento circular" Smeaton desarrolló los conceptos y datos que se convirtieron en la base del coeficiente de Smeaton, la ecuación de elevación utilizada por los hermanos Wright. Tiene la forma:

L=kV2ACl{displaystyle L=kV^{2}AC_{l},}

donde:

L{displaystyle L. es el ascensor

k{displaystyle k} es el coeficiente de Smeaton (ver nota a continuación)

V{displaystyle V} es la velocidad

A{displaystyle A} es el área en pies cuadrados

Cl{displaystyle C_{l} es el coeficiente de elevación (el ascensor relativo a la arrastre de una placa de la misma zona)

Los hermanos Wright determinaron con túneles de viento que el valor del coeficiente de Smeaton de 0,005 era incorrecto y debería haber sido 0,0033. En el análisis moderno, el coeficiente de sustentación se normaliza mediante la presión dinámica en lugar del coeficiente de Smeaton.

Ingeniería civil

El faro de Smeaton

Smeaton es importante en la historia, redescubrimiento y desarrollo del cemento moderno, identificando los requisitos de composición necesarios para obtener "hidraulicidad" en cal; trabajo que condujo finalmente a la invención del cemento Portland. El cemento Portland condujo al resurgimiento del hormigón como material de construcción moderno, en gran parte debido a la influencia de Smeaton.

Recomendado por la Royal Society, Smeaton diseñó el tercer faro de Eddystone (1755-1759). Fue pionero en el uso de 'cal hidráulica' (una forma de mortero que fragua bajo el agua) y desarrolló una técnica que involucra bloques de granito encajados en la construcción del faro. Su faro permaneció en uso hasta 1877 cuando la roca que subyace a los cimientos de la estructura comenzó a erosionarse; fue desmantelado y parcialmente reconstruido en Plymouth Hoe, donde se lo conoce como Smeaton's Tower.

Sección transversal del Faro Eddystone que muestra el método de colado

Puente Perth, sobre el Tay

Al decidir que quería centrarse en el lucrativo campo de la ingeniería civil, comenzó una extensa serie de encargos, que incluyen:

• la Calder y Hebble Navegación (1758–70)
• Coldstream Bridge sobre el río Tweed (1763–66)
• Mejoras en la navegación del río Lee (1765–70)
• Pier de Smeaton en St Ives, Cornwall (1767–70)
• Puente de Perth sobre el río Tay en Perth (1766–71)
• Ripon Canal (1766-1773)
• Viaducto de Smeaton, que lleva la carretera A616 (parte de la carretera original del Gran Norte) sobre el río Trento entre Newark y Muskham del Sur en Nottinghamshire (1768–70)
• el Canal Forth y Clyde de Grangemouth a Glasgow (1768–77)
• Langley on Tyne smelt mill, with Nicholas Walton, acting as receivers to the Greenwich Hospital, London (1768)
• Puerto de Banff (1770–75)
• Lower North Water Bridge (1770–75)
• Puente de aberdeen (1775–80)
• Puerto de Peterhead (1775-1881)
• Nent Force Level (1776–77)
• Cardington Bridge (1778)
• Obras de puerto en Ramsgate (lavabo de retención 1776–83; jetty 1788–1792)
• Puente Hexham (1777–90); completado por Robert Mylne en 1793
• el Canal de Birmingham y Fazeley (1782–89)
• El puerto de St Austell Charlestown en Cornwall (1792)

El puerto de Charlestown, Cornwall

Smeaton es considerado el primer testigo experto en comparecer ante un tribunal inglés. Debido a su experiencia en ingeniería, fue llamado a testificar ante un tribunal en un caso relacionado con la obstrucción del puerto de Wells-next-the-Sea en Norfolk en 1782. También actuó como consultor en el desastroso 63- New Harbour at Rye, de un año de duración, diseñado para combatir la sedimentación del puerto de Winchelsea. El proyecto ahora se conoce informalmente como 'Smeaton's Harbour', pero a pesar del nombre, su participación fue limitada y ocurrió más de 30 años después de que comenzaran las obras en el puerto. Cerró en 1839.

Ingeniera mecánica

Empleando sus habilidades como ingeniero mecánico, ideó un motor de agua para los Jardines Botánicos Reales de Kew en 1761 y un molino de agua en Alston, Cumbria en 1767 (algunos le atribuyen la invención del eje del eje de hierro fundido para el agua ruedas). En 1782 construyó Chimney Mill en Spital Tongues en Newcastle upon Tyne, el primer molino de delantales de 5 velas en Gran Bretaña. También mejoró el motor atmosférico de Thomas Newcomen, erigiendo uno en la mina Chacewater, Wheal Busy, en Cornualles en 1775, que era altamente eficiente y el más poderoso en ese momento.

En 1789, Smeaton aplicó una idea de Denis Papin, mediante el uso de una bomba de fuerza para mantener la presión y el aire fresco dentro de una campana de buceo. Esta campana, construida para el proyecto del puente Hexham, no estaba destinada a trabajos submarinos, pero en 1790 se actualizó el diseño para permitir su uso bajo el agua en el rompeolas del puerto de Ramsgate. A Smeaton también se le atribuye la explicación de las diferencias fundamentales y los beneficios de las ruedas hidráulicas que pasan por encima y por debajo. Smeaton experimentó con la máquina de vapor Newcomen e hizo notables mejoras en la época en que James Watt construía sus primeras máquinas (c. tarde 1770).

Legado

Smeaton murió después de sufrir un derrame cerebral mientras caminaba por el jardín de la casa de su familia en Austhorpe, y fue enterrado en la iglesia parroquial de Whitkirk, West Yorkshire. Sus hijas sobrevivientes erigieron un monumento a él y su esposa que se encuentra en la pared del presbiterio de la iglesia.

Debido a la descomposición de la roca debajo del faro de Eddystone, era necesario reemplazar la estructura. Cuando la sección superior del faro de Smeaton (que incluía la linterna, la tienda, la sala de estar y la sala de vigilancia) estaba a punto de ser removida, se sugirió que parte de ella se llevara a Whitkirk y se estableciera como un monumento a él. Desafortunadamente, el proyecto se consideró demasiado costoso ya que se estimó que costaría alrededor de £ 1800.

Es muy apreciado por otros ingenieros, ya que contribuyó a la Sociedad Lunar y fundó la Sociedad de Ingenieros Civiles en 1771. Acuñó el término ingenieros civiles para distinguirlos de los ingenieros militares que se gradúan de la Royal Academia Militar de Woolwich. La Sociedad fue precursora de la Institución de Ingenieros Civiles, establecida en 1818, y pasó a llamarse Sociedad Smeatoniana de Ingenieros Civiles en 1830. Sus alumnos incluyeron al ingeniero de canales William Jessop y al arquitecto e ingeniero Benjamin Latrobe.

La constante pionera de proporcionalidad que describe la presión que varía inversamente al cuadrado de la velocidad cuando se aplica a objetos que se mueven en el aire recibió el nombre de coeficiente de Smeaton en su honor. Basado en sus conceptos y datos, fue utilizado por los hermanos Wright en su búsqueda del primer avión exitoso más pesado que el aire.

Entre 1860 y 1894, el diseño del reverso de la antigua moneda de un centavo mostraba (detrás de Britannia) una representación del faro Eddystone de Smeaton.

Smeaton es uno de los seis ingenieros civiles representados en la vidriera de Stephenson, diseñada por William Wailes e inaugurada en la Abadía de Westminster en 1862. El 7 de noviembre de 1994, Noel Ordman inauguró en la Abadía una piedra conmemorativa del propio Smeaton. Presidente de la Sociedad Smeatoniana de Ingenieros Civiles.

Signos en el Viaducto John Smeaton

La Academia John Smeaton, una escuela secundaria en los suburbios de Leeds adyacente a la finca Pendas Fields cerca de Austhorpe, lleva el nombre de Smeaton. También se le conmemora en la Universidad de Plymouth, donde el Departamento de Matemáticas y Tecnología se encuentra en un edificio que lleva su nombre. Un viaducto en la etapa final de Leeds Inner Ring Road, inaugurado en 2008, lleva su nombre.

En 2003, Smeaton fue nombrado entre los 10 principales innovadores tecnológicos en Human Acomplishment: The Pursuit of Excellence in the Arts and Sciences, 800 B.C. a 1950. Se le menciona en la canción "I Predict a Riot" (como símbolo de una época más digna y pacífica en la historia de Leeds; y en referencia a una Junior School House en Leeds Grammar School, a la que asistió el cantante principal Ricky Wilson) por la banda de indie rock Kaiser Chiefs, que son nativos de Leeds.

Obras

• Investigación experimental sobre los poderes naturales del viento y el agua para girar molinos y otras máquinas dependiendo de un movimiento circular. París: Louis Courcier. 1810.
• Un narrativo del edificio y una descripción de la construcción del faro Edystone con piedra. Londres: H. Hughs. 1791.
• Cuenta de una observación de la ascensión nocturna y declinación de Mercurio: fuera del meridiano, cerca de su mayor elongación. Londres, 1787.
• Descripción de una mejora en la aplicación del cuadrante de altitud a un globo celeste, para la resolución de problemas depende del azimut y la altitud. 1789.