Día 10. Mobilis in Mobile

“... –Existe un agente poderoso, obediente, rápido, fácil que se adapta a todos los usos, y que reina como dueño en mi aparato. Todo se ejecuta por él. Me alumbra, me calienta, es el alma de mis aparatos mecánicos. Este agente es la electricidad…”

“… -Permitidme una sola pregunta, sin embargo, a la que no contestareis si es indiscreta. Los elementos que empleáis para producir este maravilloso agente deben gastarse pronto. Por ejemplo, ¿cómo remplazáis el cinc no conservando ya ninguna comunicación con tierra?...”

“… -Os diré primeramente que en el fondo de los mares existen minas de cinc, de hierro, de plata de oro etcétera, cuya explotación podría ciertamente realizarse. Pero no he tomado nada de estos materiales terrestres, he querido pedir al mismo mar los medios de producir mi electricidad…”

“…-Ya sabéis de qué se compone el agua del mar. En mil gramos se hallan noventa y seis y media centésimas de agua y dos centésimas dos tercios aproximadamente de cloruro de sodio; luego, en cantidades pequeñas, cloruros de magnesia, de potasio, de bromuro de magnesio, de sulfato de magnesio, de carbonato de cal. Ya veis pues, que el cloruro de sodio se encuentra allí en notable proporción, y le extraigo del agua del mar componiendo de él mis elementos.
-¿El sodio?
-Sí señor. Mezclado con el mercurio, forma una amalgama que hace las veces del cinc en los elementos Bunsen. El mercurio no se gasta nunca. Sólo el sodio se consume, y el mar me lo suministra. Os diré, además que las pilas de sodio deben ser consideradas como las más energéticas, y que su fuerza electromotriz es doble de la de las pilas de cinc.”

Estos son fragmentos de una conversación del Capitán Nemo con el Profesor Aronax. Extraídos del libro de Julio Verne “20.000 leguas de viaje submarino”


¿Es factible lo que dice el Capitán Nemo? ¿Podría ser esa la fuente de energía del Nautilus?

No nos interesa saber si los aparatos estaban o no a disposición del Capitán Nemo en la época en que se ambienta la historia, sólo si pueden existir y funcionar de la forma que se describe.

Para empezar, una aclaración, la pila que se conoce como pila Bunsen es la que aparece a continuación:

En este tipo de pila, además de degradarse los electrodos, se consume el ácido nítrico y el sulfúrico. Por lo que no encaja nada bien en la descripción de Nemo. ¿Un error por parte del autor? No, ya que durante el siglo XIX, surgieron muchos tipos de pilas, de distintos fabricantes, y la mayoría fueron desechadas. Es normal entonces que las pilas y los aparatos eléctricos fuesen asociados a un nombre conocido como es Bunsen, o incluso Volta. Pese a que estos hombres no tuviesen nada que ver con la pila en cuestión.

¿Hay alguna pila que se parezca a la que describe Nemo? La pila de mercurio.

No voy a describir como funciona una pila de mercurio, tan sólo es necesario saber que efectivamente cumple lo que anuncia Nemo, es decir, tan sólo se degradaría el sodio. Y también es verdad que usar sodio en vez de zinc aumenta la fem (el voltaje de la pila) debido a que el sodio tiene un potencial estándar de reducción menor que el zinc. Para ser más exactos, las pilas actuales que usan zinc alcanzan un fem de 1,5V, mientras que las que utilizan litio (con un potencial estándar de reducción incluso mayor que el del sodio), llegan a alcanzar los 3V. Esto quiere decir que las pilas de sodio tendrán un voltaje intermedio, pero siendo poco precisos, podemos aceptar como cierta la afirmación de Nemo de que las pilas de sodio ofrecen un voltaje doble de las de cinc.

Así que en un principio pueden existir las pilas que describe Nemo. Veamos si su autonomía es suficiente como para abastecer al Nautilus.

Vamos suponer que lo que dice Nemo es verdad y que las pilas de sodio son las más energéticas, y producen una fem de 3V

La potencia del motor de los submarinos militares actuales (submarinos de ataque y lanza-misiles) va desde unos 3MW hasta los 30MW. Así que podemos suponer que el motor del Nautilus tiene una potencia de 1MW.
Vamos a calcular cuanta cantidad de sodio es necesaria para mantener el motor funcionando durante una semana.
La energía que consumirá el motor funcionando interrumpidamente durante una semana es de:
La energía que producirá la pila es de:
Si suponemos que la energía de la pila se invierte en alimentar el motor, obtenemos que el número de moles de sodio necesarios para que el motor funcione durante una semana es de:
Esto equivale a 48029 Kg de Sodio.

¿Es esta una cantidad muy grande?

Más adelante en el relato, el capitán Nemo describe cual es la masa de cada parte del submarino. En total, la masa del Nautilus es de 1356480 Kg (1356 t)

La masa de los submarinos militares actuales está entre 2000 t y 20 000 t. El Nautilus es más ligero que los submarinos actuales, pero su masa entra dentro de lo factible, además, al ser más ligero, se justifica que su motor sea menos potente. Lo más importante es que la masa del sodio necesaria para mantenerlo funcionando unas 4 semanas representa un 14% de la masa total del submarino, por lo que es factible usar baterías de mercurio y sodio para alimentar al Nautilus.



Fuentes:

Libros:

Química (Septima edición). Raymond Chang y Williams College. Ed: MCGraw-Hill.

Física para la ciencia y la tecnología. Paul A. Tipler. Ed: Reverté, S.A.

20.000 Leguas de viaje submarino. Julio Verne. Ed: Olympia ediciones.

Web:

http://www.naval-technology.com/projects/category/submarines/ (02/01/2009)

http://home.att.net/~JVNautilus/Warren/Warren.html (01/01/2009)

http://jv.gilead.org.il/rpaul/Vingt%20mille%20lieues%20sous%20les%20mers/ (02/01/2009)

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_el%C3%A9ctrica (03/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury_battery#cite_note-0 (03/01/2009)

http://www.belgrado.es.edu.ar/ (01/012099)

http://www.ecy.wa.gov/mercury/mercury_batteries.html (03/01/2009)