Lluita contra la nit (II)

1990/12/01 Mujika, Alfontso - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Historia

La primera revolució en la història de la il·luminació: el gas

XVIII. A la fi del segle XX es va produir una ràpida revolució amb l'aparició d'un nou combustible en la il·luminació artificial, el gas. Vegem com va ocórrer.

En 1680 Johann Joachim Becher va descobrir que en fer la destil·lació seca de l'hulla, és a dir, en escalfar l'hulla en un recipient sense aire, l'hulla era un gas. En cremar aquest gas va veure que donava una flama bastant viva i li va dir llum filosòfica. En els anys següents es van succeir altres intents, com per exemple en 1739 Clayton també va obtenir gas a partir de l'hulla.

En 1783 Jan Pieter Minckeler, professor de química en la universitat belga de Lovaina, va il·luminar la seva sala de conferències amb llum de gas, però aquestes sessions aïllades no van tenir conseqüències pràctiques. Philippe Lebon va investigar la fusta en 1786 en recipients tancats i va demostrar que el gas així produït servia per a calefacció i il·luminació.

Gas d'il·luminació

Abans de donar continuïtat a la història definim aquest gas:

El gas d'il·luminació és una mescla de gasos que es crema amb flames vives brillants. No té color, però sí olor especial. La seva densitat oscil·la entre 0,44 i 0,62 grams per litre, depenent de la temperatura de producció de carbó. Es pot extreure de moltes matèries primeres (fusta, torba, hulla, resina, petroli, etc.) mitjançant destil·lació sense aire. Aquestes matèries primeres estan formades principalment per carboni, hidrogen i oxigen, que després de sofrir una destil·lació seca, produeixen diferents compostos volàtils. Algunes d'elles, quan es refreden, es condensen i liqüen, com l'aigua i el quitrà, mentre unes altres no deixen de ser gasos.

William Murdock, inventor anglès que va portar el gas d'il·luminació del laboratori a la indústria i als carrers.

Aquestes últimes són les que, una vegada purificades, formen el gas d'il·luminació. Són principalment hidrogen, metà, òxid de carboni, bencol, etilè, àcid carbònic i nitrogen. En envoltar un objecte a 500 °C aquesta mescla de gasos s'endureix. La intensitat lumínica de la flama depèn en primer lloc de la proporció d'hidrocarburs pesats –etilè, benzol– presents en la mescla gasosa. Aquests hidrocarburs, a la temperatura de la flama, es disocian alliberant el carboni en petites fraccions. Aquestes fraccions de carboni donen a la flama un color groc especial en elevar-se.

En segon lloc, depèn de la proporció de metà, que no genera flama viva quan es crema, però que aporta una alta temperatura a la flama, ja que serveix per a elevar la fracció de carboni. Finalment, la intensitat lluminosa de la flama depèn de la quantitat d'aire que s'afegeixi per a la combustió. La baixa aportació d'aire provocarà la fugida a l'atmosfera de certs hidrocarburs sense que es cremin totalment, en detriment de la vitalitat de la flama. La flama serà blava, com la que es produeix en cremar alcohol. D'altra banda, l'addició excessiva d'aire impedeix la dissociació del carboni i la pèrdua de lluentor de la flama.

I el gas va arribar als carrers urbans

Reprenguem la història. Després de diversos intents sense influències pràctiques clares, l'escocès William Murdock va ser un dels principals impulsors del carbó, amb la denominació que se li va donar en aquella època. Agafava una bufeta de bou, l'omplia de gas de carbó i la bufava (com avui s'inflen les pilotes) i ficava en el forat l'extrem d'un estret tub i encenia el foc en l'altre extrem del tub, aconseguint una bonica flama. Va començar a fer aquest tipus de sessions i per a 1792 va il·luminar la seva casa i la seva fàbrica amb gas d'hulla.

En 1.803 Boulton i Watt (James Watt, inventor de la màquina de vapor) van il·luminar les seves fàbriques en el barri londinenc de Soho. Un seguidor de William Murdock, Samuel Clegg, va millorar la tecnologia de producció de gas, inventant equips per a la condensació de vapors de quitrà i descobrint un sistema de rentada de gas amb calç. Murdock i Clegg creen una societat per al desplegament de les instal·lacions de gas.

Imatge esquemàtica del cremador Auer. El llum Auer és incandescent. El gas no produeix llum, la combustió del gas produeix calor i escalfa la cartera. Quan la fongui s'eleva emet radiacions lluminoses.

Es va il·luminar una petita botiga amb gas a Londres i els ciutadans es creaven i es quedaven a la vista. En 1810 l'Ajuntament de Londres va autoritzar la instal·lació d'enllumenat públic en diversos carrers. Una vegada executats els treballs i tenint tot llest per a la inauguració, en l'últim moment l'Ajuntament va procedir a retirar l'autorització. Aquest va demanar prèviament a un grup de científics que l'assessorés sobre la seguretat de les instal·lacions de gas i els científics van afirmar que una petita fuga de gas en la canonada podria provocar una explosió i destruir el barri en cas d'incendi.

Llavors a Clegg se li va ocórrer alguna cosa. L'alcalde de Londres i tots els regidors van ser convidats a menjar. El menjador estava dotat d'il·luminació a gas, però no era casualitat per a les autoritats municipals. Després del menjar, Clegg va aparèixer de sobte amb un piquillo a les mans i els va dir: "Abans d'anar-se vull ensenyar-vos alguna cosa sobre l'opinió científica que heu demanat". Es va acostar a la canonada de gas i va començar a colpejar amb la picota. Quan va aconseguir perforar el tub, va envoltar el foc al forat. A la seva vista, els regidors, espantats, es van dirigir cap a la porta del menjador, però la porta estava tancada amb clau. No obstant això, l'explosió que esperaven no es va produir, sinó que només es va expulsar del forat una flama pacífica. Així van demostrar la seguretat de la instal·lació i per descomptat van recuperar l'autorització.

En 1814 es va inaugurar l'enllumenat públic de gas de Londres i es va estendre ràpidament per Europa. Després de Londres vi de París en 1817; a Hannover en 1825, Berlín en 1826, Francfort en 1828, Viena en 1833, Barcelona en 1842, Hamburg en 1846, etc. Quant a Amèrica, cal esmentar que ja en 1801 Henfrey va il·luminar una gran sala de Baltimore amb gas extret del lignit i que l'enllumenat públic de gas de Baltimore es va inaugurar en 1816. Als Estats Units es va expandir tan ràpid com a Europa.

Es va expandir ràpidament, però cal no oblidar que el gas és perillós. De fet, quan el gas i l'aire s'uneixen en determinades proporcions, un volum de gas de 6 a 10 volums d'aire, es produeix una mescla explosiva. El risc d'explosió no és l'únic risc per al gas. Com és sabut, el gas és tòxic; una proporció de gas del 3% en l'aire d'una habitació seria suficient per a matar a les persones que estan en ella. No obstant això, la presència de gas és fàcilment perceptible per l'olor, per al que la seva proporció en l'aire és del 0,0001%. Per tant, al principi es van produir diverses explosions i accidents, ja que es tractava d'una nova tecnologia, però no obstant això, els seus avantatges respecte a les espelmes i els llums d'oli van ser clarament superiors a la perillositat que portava amb si.

Com s'ha dit, la il·luminació a gas es va imposar ràpidament en l'enllumenat públic de les ciutats. al llarg de la primera meitat del segle XX, estenent-se successivament a la il·luminació interior. No obstant això, dir que la il·luminació de gas es va expandir ràpidament no significa que no trobés enemics en el camí. De fet, l'avanç respecte als sistemes d'il·luminació fins llavors va ser difícil, es van obrir noves possibilitats i cal pensar que afectaria bastant l'estil de vida de la societat de llavors.

Llavors la ciència es va retrobar amb la religió, encara que la força de l'Església ja no era la mateixa en l'època del Galileu. Els integristes religiosos van utilitzar raons teològiques contra la tècnica: Va ser Déu qui va fundar la nit per a eliminar el cansament del treball del dia mitjançant el descans i el somni. Per tant, lluitar contra la nit era lluitar contra Déu. XIX. En els periòdics i revistes de principis de segle es van publicar escrits molt estranys contra la il·luminació a gas, però, com hem vist, va ser un intent fallit.

Millores en els llums de gas

El llum Auer va competir amb l'elèctrica. A la fi del segle passat apareixien en els periòdics anuncis com aquest.

La il·luminació a gas va tenir un desenvolupament intens i ràpid, no sols geogràficament, sinó també quant a la qualitat de la il·luminació i dels equips. Des del primer moment les millores es van enfocar a incrementar el rendiment dels llums. La peça més important en els llums de gas és el cremador, que ha de donar la forma adequada a la flama, ja que en cas contrari el doll de gas que sali per la boca del tub es barrejarà poc aire i provocarà una flama hita que es formarà sutge.

Els cremadors es fabricaven amb ferro, llautó, porcellana o esteatita. Els no metàl·lics eren millors, no absorbien tanta calor i no s'obstruïen pels òxids. Els primers cremadors tenien un únic orifici circular i donaven una flama en forma de fletxa, no eren molt adequats. Després es va inventar el cremador tallat o la papallona. És un botó esfèric i el gas surt d'una ranura estreta, donant una flama llisa, més ampla que llarga i de gran superfície. D'altra banda, en els habitatges va ser molt utilitzat el cremador tipus corona o el cremador Argand, que es va denominar per analogia amb el llum Argand, en el número anterior: és circular, té entre 12 i 24 orificis dels quals sali el gas formant una flama circular. Així, l'aire passa per l'exterior i per l'interior de la flama, millorant la combustió.

Posteriorment va aparèixer la segona generació de cremadors. La lluentor de la flama és una funció exponencial de la temperatura. Per això, convé maximitzar la temperatura de la flama. En escalfar l'aire a 500 °C es va observar que la potència lluminosa dels cremadors es duplicava. Conscients d'això, es van dissenyar nous llums precalentando l'aire i el gas que calia utilitzar en la combustió. Així ho va fer per primera vegada el famós inventor alemany Siemens quan va inventar el llum que porta el seu nom: per a donar-li la mateixa intensitat de llum tenia un terç menys de consum de gas que la resta de cremadors.

Avui dia els llums Auer continuen sent molt utilitzades en llocs on no arriben les línies d'energia elèctrica, com a tendes de campanya, bordes, etc. Els llums Auer més recents que es poden trobar a la venda en botigues utilitzen gas propà i disposen d'un encenedor piezoelèctric sincronitzat amb l'aixeta de gas, sent l'encesa automàtica. És més barat i de major rendiment lumínic que la llanterna elèctrica. A més, la intensitat de llum pot regular-se.

A més de la millora dels cremadors, es van realitzar diversos intents de millora del propi gas per a augmentar la capacitat lumínica del gas. No obstant això, tots aquests programes es van suspendre en el XIX. Quan a la fi del segle XX Auer va inventar el llum incandescent, el cremador Auer o el llum Auer, iniciant els cremadors de tercera generació, ja que en aquest llum no es té en compte la capacitat lluminosa del gas. En aquest cremador, la flama està envoltada per una fongui o camisa, composta per un 99% d'òxid de tori i un 1% d'òxid de ceri.

La combustió del gas eleva la cartera i les reaccions químiques que es produeixen en els seus components emeten radiació visible. Per tant, el llum Auer va suposar un canvi qualitatiu important respecte a totes les fonts de llum existents fins llavors. De fet, en tots els llums anteriors —torxes, llums d'oli, espelmes, llums de gas— l'element que s'elevava era el carboni. En el llum Auer són altres elements. Les fonguis incandescents requereixen un llarg i complicat procés de fabricació, però el rendiment d'aquest llum és molt elevat.

Cal saber que per a quan Auer va llançar el seu llum, Edison havia inventat el llum elèctric i que durant anys dos llums estaven en competència. I avui dia, quan ens dirigim a la muntanya o a algun lloc amb la tenda de campanya, no hi ha dubte que el denominat "lumigas", és a dir, el llum Auer, dóna més llum i més barata que l'enllumenat elèctric.

Finalment, en una taula es presenta l'avanç realitzat per la il·luminació a gas, és a dir, la intensitat lumínica obtinguda per metre cúbic de gas cremat en funció del cremador utilitzat:

Cremador simple Cremador Argand Cremador Siemens Cremador incandescent Auer