Lámpara de seguridad minera

La lámpara de seguridad es una lámpara de aceite cuya llama está encerrada de modo que no pueda inflamar el grisú de las minas de carbón. En su forma más conocida, la de Humphry Davy, un cilindro de fina tela de hierro deja pasar el aire y retiene la llama. William Clanny describió la primera lámpara de seguridad en 1813, y tanto Davy como George Stephenson construyeron la suya en 1815.

Qué es

Las capas de hulla desprenden grisú, un gas formado sobre todo por metano. Mezclado con el aire en una proporción de entre un 5 y un 15 % aproximadamente, estalla al contacto con una llama, y los mineros trabajaban a la luz de velas y lámparas de llama desnuda. La lámpara de seguridad permite llevar una llama a ese aire sin encenderlo. La llama arde dentro de una jaula cerrada que deja entrar el aire fresco y salir los gases quemados, pero que la propia llama no puede atravesar.

Las lámparas posteriores rodean la llama con un grueso cilindro de vidrio y mantienen la tela encima.

La lámpara que Humphry Davy ideó a finales de 1815 es la forma más sencilla. Una pequeña lámpara de aceite con depósito de latón sostiene un cilindro de fina tela de hierro, cerrado por arriba con una segunda capa de tela. Tres varillas verticales de alambre protegen el cilindro y se unen por encima en una placa con una anilla para llevar o colgar la lámpara. La tela es todo el envoltorio: no hay vidrio, y el minero ve la llama a través de la malla. Las lámparas posteriores rodearon la llama con un grueso cilindro de vidrio y dejaron la tela solo encima, lo que daba mucha más luz.

La lámpara era además el detector de gas del minero. La forma en que cambiaba su llama le decía si había grisú y, más o menos, cuánto.

Cómo funciona

Una llama es una capa de gas lo bastante caliente para seguir ardiendo por sí sola. Cuando llega a la tela, los alambres de hierro le quitan calor más deprisa de lo que el gas en combustión puede producirlo, y el gas que atraviesa los agujeros sale demasiado frío para arder al otro lado. Davy empezó con tubos metálicos estrechos: una explosión no avanza por un tubo si es lo bastante fino y largo. Una tela metálica actúa como una multitud de tubos muy cortos puestos uno junto a otro. En su memoria de enero de 1816 indicó que las telas que había probado, de 625 a 6400 agujeros por pulgada cuadrada, eran seguras. Un manual de 1842 advertía que ninguna abertura debía superar la vigésima cuarta parte de una pulgada, alrededor de 1 mm, y la tela que se hizo habitual tenía 28 alambres de hierro por pulgada, es decir, 784 agujeros por pulgada cuadrada.

Cuando hay grisú, una aureola azul pálida se eleva sobre la llama; cuanto más gas, más alta.

La lámpara respira el aire que la rodea, sea cual sea. Cuando ese aire contiene grisú, parte del gas arde dentro de la jaula. Con poco gas aparece sobre la llama amarilla una aureola azul pálida que se alarga a medida que sube la proporción. Algunas lámparas llevaban marcas en el vidrio para leer su altura. En una mezcla explosiva todo el cilindro se llena de llama y la tela puede ponerse al rojo, pero la combustión queda dentro. Es la señal para retirarse de inmediato: si la lámpara se queda en el gas, los alambres siguen calentándose y pueden llegar a fundirse.

La protección tenía límites conocidos desde el principio. Una corriente de aire fuerte podía empujar la llama a través de la malla. En los ensayos de una comisión real británica, entre 1879 y 1886, una lámpara Davy de la mina de Blantyre transmitió su llama a la mezcla explosiva que la rodeaba cuando esta estaba en movimiento. Un agujero mayor que la malla, causado por un golpe o por el óxido, anulaba toda protección, y lo mismo ocurría si se abría la lámpara en el interior de la mina, algo que los mineros tenían prohibido. La luz era débil. La lámpara permitió también explotar capas más profundas y con más grisú, y las explosiones continuaron.

Cómo hacerlo

Una lámpara de seguridad de verdad debe fabricarse y homologarse para su trabajo, y una lámpara casera nunca debe acercarse a un gas, a vapores de combustible ni a polvo. Lo que puede mostrarse sin peligro sobre una mesa es el principio: una llama no atraviesa una tela metálica fina.

La llama se extiende bajo la tela, pero no la atraviesa.

Hace falta una vela en un portavelas estable, una bandeja de metal, un cuadrado de tela metálica fina de unos 15 cm de lado (la tela de acero o de cobre que se vende para laboratorio, o un trozo de un colador fino de metal sin el borde de plástico), unas pinzas metálicas largas o una pinza de laboratorio en un soporte, y un cubo de arena o de agua. Encienda la vela y deje que la llama se estabilice. Sujete la tela en horizontal con las pinzas y bájela despacio sobre la llama hasta cortarla a media altura. La parte baja de la llama se extiende bajo la malla, y por encima solo se ve un poco de humo, sin llama. Levante la tela y la llama entera vuelve. La tela fría funciona mejor; tras unos segundos en la llama se calienta, el hollín se deposita en los alambres, y hay que dejarla sobre la bandeja para que se enfríe antes de repetir.

La llama está al descubierto y la tela se calienta lo bastante para quemar la piel. Trabaje sobre una superficie resistente al calor, lejos de cortinas, papel y de todo lo que pueda prender, recójase el pelo largo y las mangas holgadas, tenga la arena o el agua al alcance de la mano, y deje que los niños hagan el experimento solo con un adulto. No sujete nunca la tela con los dedos, no use nunca un quemador de gas, gasolina de mechero, alcohol ni ningún otro combustible para esta prueba, y no la utilice nunca para buscar gas. Deje que todo se enfríe antes de guardarlo.

Historia y evolución

El 25 de mayo de 1812 una explosión en la mina de Felling, cerca de Gateshead, mató a 92 hombres y muchachos. Al año siguiente se fundó en Sunderland una Sociedad para la Prevención de Accidentes en las Minas de Carbón, cuyos miembros esperaban de la ciencia una luz segura.

La primera respuesta llegó de un médico de Sunderland, William Reid Clanny. En una memoria leída en la Royal Society el 20 de mayo de 1813 describió una vela que ardía detrás de un vidrio grueso en una caja cerrada. Un par de fuelles empujaba el aire fresco a través de agua situada bajo la llama, y el aire quemado salía a través de agua situada encima, de modo que una explosión interior no podía llegar a la mina. La lámpara funcionaba, pero había que bombear sin descanso, y Clanny pasó después a diseños más sencillos.

En 1815 dos hombres trabajaron a la vez en el problema. George Stephenson, mecánico jefe de la mina de Killingworth y más tarde constructor de locomotoras, probó una lámpara en la mina el 21 de octubre de 1815 y versiones mejoradas el 4 y el 30 de noviembre; en su forma definitiva, la llama ardía en una chimenea de vidrio bajo una tapa de metal con pequeños agujeros. Humphry Davy empezó a trabajar en Londres el 9 de octubre de 1815, con Michael Faraday como ayudante. El 9 de noviembre se leyó en la Royal Society su primera memoria, sobre lámparas cuyo aire pasaba por tubos estrechos. Después sustituyó los tubos por tela metálica. Cinco de sus lámparas de tela se probaron en la mina de Hebburn el 9 de enero de 1816, y su informe sobre la lámpara de tela se leyó dos días después.

Cada parte reclamó la prioridad. Los partidarios de Davy sostenían que la lámpara salía de sus experimentos y que Stephenson le había tomado la idea. En 1817 un comité reunido en Newcastle concluyó que Stephenson había trabajado por su cuenta, y varios propietarios de minas reunieron 1000 libras para él. Las dos lámparas siguieron en uso, la Davy en la mayor parte de Gran Bretaña y la lámpara «Geordie» de Stephenson en el nordeste, donde muchos mineros preferían su luz más viva.

Las lámparas posteriores combinaron vidrio y tela. En 1839 Clanny rodeó la llama con un cilindro de vidrio coronado por la tela, y en 1840 el ingeniero belga Mathieu Mueseler añadió una chimenea interior que mejoraba el tiro y evitaba que el hollín empañara el vidrio. Tras los ensayos de la comisión real en corriente de aire, se prefirieron las lámparas con la tela protegida por una envoltura de metal. Las lámparas eléctricas trajeron el cambio siguiente. En Estados Unidos, la Oficina de Minas aprobó en 1915 una lámpara de casco desarrollada con Thomas Edison, con una bombilla en el casco y una batería recargable en el cinturón. Las lámparas eléctricas de casco daban mucha más luz, pero no delataban el gas, así que las lámparas de seguridad de llama se conservaron para detectar el grisú mucho después de dejar de usarse para alumbrar.