William Fairbairn

Sir William Fairbairn, primer baronet de Ardwick Bt FRS (19 de febrero de 1789 - 18 de agosto de 1874) fue un ingeniero civil, ingeniero estructural y constructor naval escocés. En 1854 sucedió a George Stephenson y Robert Stephenson como tercer presidente de la Institución de Ingenieros Mecánicos.

Primera carrera

Nacido en Kelso, hijo de un granjero local, Fairbairn mostró una temprana aptitud mecánica y trabajó como aprendiz de ingeniero en Newcastle upon Tyne, donde se hizo amigo del joven George Stephenson. Se mudó a Manchester en 1813 para trabajar para Adam Parkinson y Thomas Hewes. En 1817, lanzó su negocio de maquinaria de molino con James Lillie como Fairbairn y Lillie Engine Makers.

Estudios estructurales

Fairbairn fue un estudiante de por vida y se unió a la Institución de Ingenieros Civiles en 1830. En los años 1820 y 30, él y Eaton Hodgkinson realizaron una búsqueda de una sección de cruce óptima para vigas de hierro. Diseñaron, por ejemplo, el puente sobre Water Street para el Liverpool y Manchester Railway, que se abrió en 1830. En la década de 1840, cuando Robert Stephenson, hijo de su joven amigo George, estaba tratando de desarrollar una manera de cruzar el estrecho de Menai, mantuvo a Fairbairn y Hodgkinson como consultores. Fue Fairbairn quien concibió la idea de un tubo rectangular o una caja girder para salvar la gran brecha entre Anglesey y North Wales. Realizó muchas pruebas sobre prototipos en su astillero Millwall y en el sitio del puente, mostrando cómo se debe construir tal tubo. El diseño fue utilizado por primera vez en un corto espacio en Conway, y seguido por el puente Britannia mucho más grande. En última instancia, el puente de tubos resultó demasiado costoso un concepto para uso generalizado debido a la masa y el costo de hierro forjado necesarios. Fairbairn mismo desarrolló puentes de hierro forjado que utilizaban algunas de las ideas que había desarrollado en el puente tubular.

Construcción naval

Cuando la industria del algodón cayó en recesión, Fairbairn se diversificó hacia la fabricación de calderas para locomotoras y la construcción naval. Al percibir un barco como una viga tubular flotante, criticó los estándares de diseño existentes dictados por Lloyd's de Londres.

Fairbairn y Lillie construyeron el barco de vapor de paletas de hierro Lord Dundas en Manchester en 1830. Las dificultades que surgieron en la construcción de barcos de hierro en una ciudad del interior como Manchester llevaron al traslado de esta rama del negocio a Millwall, Londres. en 1834-1835. Aquí Fairbairn construyó más de ochenta buques, incluido el Pottinger de 1.250 toneladas, para la Peninsular and Oriental Company; HMS Megaera y otros buques para el gobierno británico, y muchos otros, introdujeron la construcción naval con hierro en el río Támesis. En 1848 se retiró de esta rama de su negocio.

Fairbairn aprovechó su experiencia en la construcción de barcos con casco de hierro al diseñar el puente Britannia y el puente ferroviario de Conwy.

Locomotoras de ferrocarril

Fairbairn comenzó a construir locomotoras ferroviarias en 1839 con un diseño de 0-4-0 para el Manchester y Bolton Railway. Para 1862 la empresa había construido más de 400 en Millwall para empresas como el Great Western Railway y el North Western Railway. Sin embargo, como las obras no tenían acceso al ferrocarril, las locomotoras tenían que ser enviadas por carretera.

Calderas

Fairbairn desarrolló la caldera Lancashire en 1844. En 1861, a petición del Parlamento del Reino Unido, llevó a cabo las primeras investigaciones sobre la fatiga del metal, elevando y bajando una masa de 3 toneladas sobre un cilindro de hierro forjado 3.000.000 veces antes de que se fracturara y demostrando que se necesitaba una carga estática de 12 toneladas para tal efecto.

Experimentó con cilindros de vidrio y pudo demostrar que la tensión circular en la pared era el doble de la tensión longitudinal. Cuando una caldera cilíndrica fallaba, generalmente se fracturaba en toda su longitud debido a la alta tensión circular en la pared.

Este conocimiento de cómo la tensión circular aumentaba con el diámetro y cómo las tensiones eran independientes de la longitud del tambor lo llevó a inventar el Fairbairn-Beeley y sus calderas de cinco tubos, donde una sola carcasa de gran diámetro fue reemplazada por varias más pequeñas y menos estresados, conchas. Con el tiempo, esto conduciría a la adopción casi universal de calderas acuotubulares con tubos pequeños para altas presiones, reemplazando los diseños más antiguos de tubos pirotubulares.

Investigaciones

Fairbairn fue uno de los primeros ingenieros en realizar investigaciones sistemáticas de fallas de estructuras, incluido el colapso de fábricas textiles y explosiones de calderas. Su informe sobre el colapso de un molino en Oldham mostró los deficientes métodos de diseño utilizados por los arquitectos al especificar vigas de hierro fundido para soportar pisos muy cargados, por ejemplo. En otro informe, condenó el uso de vigas de hierro fundido y aconsejó a Robert Stephenson que no utilizara el concepto en un puente que se estaba construyendo sobre el río Dee en Chester en 1846. El puente se derrumbó en mayo de 1847, matando a cinco personas que estaban pasajeros del tren local que pasaban por encima de la estructura en ese momento. El desastre del puente Dee generó preocupación sobre la integridad de muchos otros puentes ferroviarios ya construidos o a punto de construirse en la red ferroviaria.

Fairbairn llevó a cabo algunos de los primeros estudios serios sobre los efectos de la carga repetida de vigas de hierro forjado y fundido, demostrando que la fractura podría ocurrir por el crecimiento de grietas a partir de defectos incipientes, un problema ahora conocido como fatiga. Construyó aparatos de prueba a gran escala para los estudios y fue financiado en parte por la Junta de Comercio.

También realizó experimentos con cilindros de vidrio presurizados y pudo demostrar que la mayor tensión en la pared se produce alrededor del diámetro. Se conoce como tensión circunferencial y es el doble del valor de la tensión longitudinal que se produce a lo largo del cilindro. El valor exacto depende únicamente del espesor de la pared y de la presión interna. Su trabajo fue publicado en Proceedings of the Royal Society y fue de gran ayuda para analizar fallas en calderas y tuberías de vapor. En 1854 fundó la Manchester Steam Users' Association, que rápidamente fue reconocida por establecer estándares nacionales para calderas de vapor de alta presión. Como señaló el "Comité Técnico de Oficinas Asociadas" De las aseguradoras británicas, la MSUA sigue siendo una autoridad certificadora nacional.

Honores

• Fellow of the Royal Society elected 1850 (Gold Medal 1860)
• Presidente de la Institución de Ingenieros Mecánicos 1854-1855.
• Presidente de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester (1855-1859)
• Elegido en febrero de 1860 a la Sociedad Esmeatoniana de Ingenieros Civiles
• Nombrado Baronet (de Ardwick), 2 de noviembre de 1869; había rechazado una caballería en 1861
• Una estatua se encuentra en Manchester Town Hall
• Conferido con la membresía honoraria de la institución de ingenieros y constructores navales en Escocia en 1859. [1]
• Presidente de la Asociación Británica 1861
• Miembro de la Academia Americana de Artes y Ciencias 1862
• Inducido al Salón Escocés de la Fama en 2017.[2]

Fairbairn es uno de varios ingenieros notables enterrados en el cementerio de la iglesia de Santa María, Prestwich. El número de personas presentes en su funeral se estimó entre 50.000 y 70.000.

Obras

• Observaciones sobre la navegación por Canal. Londres: Longman, Rees, Orme, Brown & Green. 1831. Retrieved 4 de junio 2009.
• Cuenta de la construcción de los puentes tubulares Britannia y Conway. John Weale. 1849. Retrieved 4 de junio 2009.
• Fairbairn, William (1851). Dos conferencias: La construcción de boilers, y sobre las explosiones de boiler, con los medios de prevención.
• En Tubular Girder Bridges. Londres: W. Clowes e Hijos. 1851. Retrieved 4 de junio 2009.
• Sobre la aplicación de hierro fundido y forjado a los objetivos de construcción (primera edición). John Weale. 1854. Retrieved 4 de junio 2009.
• Información útil para ingenieros. Londres: Longmans. 1856.
• Hierro, su historia, propiedades y procesos de fabricación. Edimburgo: Adam y Charles Black. 1861. Retrieved 4 de junio 2009.
• Treatise on Mills and Millwork, Part I. London: Longmans, Green and Company. 1863. Retrieved 4 de junio 2009.
• Treatise on Mills and Millwork, Parte II. Londres: Longmans, Green y Company. 1871. Retrieved 4 de junio 2009.
• Experimentos para determinar el efecto del impacto, la acción vibratoria y los cambios de carga prolongados en las vigas de hierro forjado (1864) Transacciones filosóficas de la Sociedad Real de Londres vol. 154, p311
• Treatise on Iron Nave Construcción: Su historia y progreso (primera edición). Londres: Longmans, Green y Co. 1865. Retrieved 4 de junio 2009.
• Principios de Mecanismo y Mecanismo de Transmisión. Filadelfia: Henry Carey Baird. 1871. Retrieved 4 de junio 2009.