La enésima máquina de movimiento perpetuo

Poco antes del inicio de las pasadas fiestas, recibí un correo electrónico llamando mi atención sobre un artículo publicado en una web, sobre un nuevo diseño de automóvil eléctrico (gracias Javier). El artículo hace referencia a unos gráficos que no aparecen, dado que parece ser una versión resumida del original, que está publicado en otra web diferente.

El artículo en cuestión comienza hablando de la contaminación y poca eficiencia de los motores de combustión interna, y de que los motores eléctricos no son una solución en sí mismos, si la electricidad necesaria (para cargar las baterías) es generada también mediante combustión. Sigue con la descripción del diseño, que básicamente consiste en un motor eléctrico cuyo rotor, además de transmitir movimiento a las ruedas, está conectado al rotor de un generador eléctrico, que a su vez alimenta las baterías. La idea es que aunque sea necesaria una carga inicial de las baterías, el generador utilizará el movimiento del coche para recargarlas. Y según el autor, a partir de determinada velocidad, la energía producida por el generador será superior a la consumida por el motor. ¡Oh, vaya! Una máquina de movimiento perpetuo.

Lo que sigue son una serie de argumentaciones fácilmente rebatibles con un poco de conocimiento de física. Empieza repitiendo varias veces que no se está creando energía de la nada, sino que se está transformando la energía cinética del coche en energía eléctrica. Pero el autor parece olvidar que si extraemos la energía cinética de un cuerpo en movimiento, estamos disminuyendo su velocidad. Como recordaréis, en el colegio nos enseñaron que la energía cinética era la mitad del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad (E=(1/2)·m·v²). Así, si transformamos la energía cinética en eléctrica, la energía cinética debe disminuir (o estaremos violando la ley de conservación de la energía), y al hacerlo, la velocidad necesariamente debe disminuir (la masa no varía).

De hecho, este es el principio de los llamados frenos regenerativos que utilizan muchos vehículos eléctricos e híbridos. En vez de transformar la energía cinética en calor no aprovechable mediante fricción, como un freno convencional, se convierte en energía eléctrica mediante el propio motor eléctrico, que puede funcionar como generador, pudiendo así reutilizarla. El propio proceso de conversión de energía frena el rotor. Si alguna vez habéis tenido en vuestras manos una pequeña dinamo, de esas que se utilizaban en las bicicletas para alimentar el pequeño foco (no sé si se siguen usando ahora), os habréis dado cuenta de que la pequeña ruedecilla que se pone en contacto con el neumático, no gira libremente sino que hay que ejercer algo de fuerza. Y por mucho impulso que queramos darle, en cuanto dejamos de ejercer esa fuerza, la ruedecilla se detiene rápidamente.

Así que con un generador eléctrico conectado a las ruedas, lo que conseguimos es frenar el vehíclo, recuperando parte de la energía que hemos empleado en acelerarlo en primer lugar. Y digo parte porque es imposible recuperar toda. Una fracción de ella se ha perdido en forma de calor, debido a la fricción de las diversas partes móviles, y sobre todo, del aire. Además, ningún motor o generador eléctrico tiene una eficiencia del 100%, por lo que aunque no existiera rozamiento, tampoco podríamos recuperar toda la energía invertida.

Antes mencioné que según el autor, sólo se obtiene más energía del generador que la consumida por el motor, a partir de determinada velocidad. Según él, es debido a que al hecho de que al aumentar la velocidad aumenta la energía cinética (que es cierto), se suma el que cuesta menos energía mantener la velocidad, cuanto mayor sea ésta:

Además a una alta velocidad, se requiere una menor cantidad de energía para seguir impulsando el auto. Es por ello que el rendimiento de unos autos es de casi 40 kilómetros por galón en ciudad y de casi 65 kilómetros por galón en pista.

Pero esto es totalmente falso. El que el rendimiento de un automóvil disminuya mucho en la ciudad, se debe a que el vehículo está parte del tiempo parado, acelerando y frenando. Es obvio que un vehículo parado con el motor en marcha, consume combustible de forma innecesaria. Pero además, acelerar el vehículo requiere mucha más energía que simplemente mantener su marcha, y al frenar, estamos desperdiciando la energía empleada anteriormente, al disiparla en forma de calor (estamos pensando, claro, en un vehículo convencional). En ciudad se gasta mucha energía en cosas que no son mantener la velocidad del coche, y por eso el consumo se dispara. En carretera, sin embargo, una vez hemos adquirido la velocidad deseada, apenas la variaremos, y el comsumo de combustible será menor, ya que sólo consumimos energía para mantener la velocidad.

Por el contrario, manteniendo igual el resto de parámetros, a mayor velocidad, mayor energía consumimos. ¿Por qué es necesario seguir propulsando el coche para mantener la velocidad? Pues sobre todo, por la resistencia del aire. Y la resistencia que ofrece el aire aumenta con la velocidad, por lo que cuanto más rápido se desplace el vehículo, mayor fuerza debemos ejercer para mantener la velocidad, y por tanto, mayor consumo energético (recordemos que la energía es el producto de la fuerza por la distancia). Cualquier conductor experimentado habrá observado que para una misma marcha, a mayor velocidad mayor consumo, e incluso es algo que se enseña en las autoescuelas como motivación adicional para no correr demasiado en carretera (insisto en que la comparación debe hacerse con la misma marcha, ya que para una misma velocidad, con una marcha corta se consume más que con una larga, al estar el motor en un régimen mayor de revoluciones).

Para rematar, a pesar de que el autor intenta explicar que su invento no viola la primera ley de la termodinámica, nos ilustra con un supuesto contraejemplo de dicha ley:

Ahora, hay un hecho científico comprobado y demostrado que cuestiona que “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Un tipo de molino de energía eólica gira a una velocidad de 50 vueltas (o revoluciones) por minuto, que hacen girar el eje principal de la caja multiplicadora, convirtiendo estas 50 revoluciones por minuto en 1,800 revoluciones por minuto. Resultado 25,000 voltios, los cuales al rebotar en imanes de diferente intensidad multiplican estos 25,000 voltios en 450,000 voltios que pueden abastecer a 34,000 hogares.

Entonces, si la energía no se crea ni se destruye y solo se transforma. ¿Cómo es posible que 50 revoluciones se conviertan en 1,800 revoluciones? O ¿como es posible que 25,000 voltios se conviertan en 450,000 voltios?

¡Uf! Casi necesitaría un post entero para comentar este pequeño fragmento. Veamos, las cajas multiplicadoras no son más que sistemas de engranajes de toda la vida. Multiplican (o desmultiplican) la velocidad de giro de los ejes, pero nunca la energía. El principio básico de un engranaje es muy sencillo: dos ruedas dentadas de distinto tamaño están engranadas por los dientes, y puesto que la velocidad lineal en la zona de engranaje ha de ser la misma en ambas ruedas, la más pequeña gira más rápido que la grande. Pero eso no crea energía de la nada. Toda la energía que podamos extraer a la salida de la caja multiplicadora, debe ser proporcionada en la entrada (un poco más, de hecho, por el eterno problema de los rozamientos). Estos mecanismos no sirven para transformar o crear energía, sino para adecuar un régimen de velocidad a otro, o para multiplicar la fuerza (que no es lo mismo que la energía). Volviendo a las bicicletas (sí, de niño montaba mucho en ellas), los que hayáis usado alguna vez una con cambios, habréis comprobado que con el «piñon grande» se pueden subir cuestas con menos esfuerzo, y que con el «piñón pequeño» se obtiene más velocidad.

Pero la energía utilizada es la misma. Recordad: energía es fuerza por distancia (E=F·d). Una máquina simple de este tipo (como la palanca) nos permite «intercambiar» estas dos magnitudes. Podemos obtener más fuerza de la aplicada, a cambio de tener menos recorrido, y viceversa. Pero la energía que obtenemos en la salida es la misma que la proporcionada en la entrada (suponendo que no hay pérdidas).

Así que el tener un mecanismo que multiplica por 36 (1.800/50) la velocidad de giro, no está creando energía de la nada. Este incremento de velocidad angular es a costa de una disminución en la fuerza obtenida, que será 36 veces menor que la proporcionada en la entrada.

Veamos ahora el asunto de la energía eléctrica. La potencia eléctrica consumida por un circuito es el producto de su tensión por su intensidad: P=V·I, y como sabéis, la potencia es la energía consumida o producida por unidad de tiempo: P=E/t (en realidad, para corriente alterna, se añade un factor con operaciones trigonométricas, pero que únicamente depende de la frecuencia, fase y tiempo, y no es relevante para lo que voy a contar). Como podéis ver por la fórmula, si el voltaje aumenta y la corriente disminuye en la misma proporción, la potencia (y por tanto, la energía) se mantiene constante. Y esto es lo que hace precisamente un transformador eléctrico: modifica el voltaje, modificando también la intensidad de corriente. Así, si un transformador me cambia la tensión de 25.000 a 450.000 V, también está disminuyendo la intensidad de corriente, de forma que a la salida es 18 veces menor que a la entrada (450.000/25.000), y la energía no varía.

De hecho, es por este motivo por el que se utiliza muy alta tensión para el transporte de energía eléctrica. Todo conductor, cuando circula corriente eléctrica por él, se calienta debido al efecto Joule, siendo el calor producido directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente. En una línea de transmisión eléctrica, esta energía que se transforma en calor es energía que estamos perdiendo y que no llegará a su destino. Para minimizar esta pérdida, debemos utilizar intensidades de corriente lo más bajas posibles, lo que trae como consecuencia usar voltajes muy altos.

Por cierto, que el cambio de tensión no se realiza haciendo «rebotar» los voltios en diferentes imanes, como si fueran pelotas, sino utilizando la corriente de entrada para generar un campo magnético que induzca corrientes en otro conductor (que sería la salida). También me gustaría saber dónde esta ese molino tan extraordinario, que puede abastecer a 34.000 hogares él solito.

Por si no bastara con todo lo anterior, el autor se pone a la defensiva e insulta de forma preventiva a quien pudiera estar en desacuerdo con él, y además recurre al clásico argumento de «la ciencia ya se ha equivocado antes» y «X fue contracorriente y tenía razón». Y sí, la ciencia se ha equivocado y seguirá haciéndolo, pero avanza y se corrige a sí misma a base de contrastar la teoría con la realidad. Es la base del método científico. Así, si uno quiere refutar la primera ley de la termodinámica, no debe hacer discursos ni compararse con Copernico. Basta con construir una máquina de movimiento perpétuo de primera especie y mostrarla en funcionamiento ante una audiencia cualificada. Es muy sencillo.