Cuando Don Lemon, físico del Bethel College de Kansas, encontró un camión de bomberos del siglo XVIII diseñado por el inventor inglés Richard Newsham en exhibición en el museo Hall of Flame de Phoenix, quedó intrigado por su mecanismo de bomba. Esa curiosidad lo inspiró a asociarse con su colega físico Trevor Lipscombe de la Universidad Católica de América en Washington, DC, para examinar la mecánica de fluidos subyacente y idear un modelo analítico simple. Su análisis, descrito en un nuevo artículo publicado en el American Journal of Physics, arrojó información sobre el diseño innovador de Newsham, que incorporaba un dispositivo conocido como «windkessel».
Una búsqueda rápida en Google sobre el «efecto Windkessel» arroja una entrada sobre un término fisiológico para describir el suministro de sangre del corazón a la aorta, que se remonta al hombre que lo acuñó en 1899: el fisiólogo alemán Otto Frank. «Windkessel» en alemán significa «cámara de viento», pero el sistema circulatorio humano no tiene una cámara de viento literal, por lo que el uso de Frank fue claramente metafórico. Sin embargo, existen usos anteriores en inglés de la terminología de cámara de viento que se refieren a una cámara hermética unida a una bomba de agua accionada por pistón para suavizar la salida de agua en los camiones de bomberos como los diseñados por Newsham, según Lemon y Newsham.
Los dispositivos rudimentarios contra incendios han existido desde al menos el año 2 a. C., cuando Ctesibio de Alejandría inventó la primera bomba contra incendios; fue reinventado en la Europa del siglo XVI. Tras el incendio de 1666 que destruyó gran parte de Londres, existía una necesidad apremiante de estrategias de extinción de incendios más eficientes. Esto llevó finalmente a la invención de los llamados «motores helicoidales de succión»: mangueras de cuero unidas a bombas accionadas manualmente. A John Lofting generalmente se le atribuye la invención, la patente y la comercialización de estos dispositivos, que extraían agua de un depósito mientras la manguera («gusano») permitía a los usuarios bombear esa agua en un flujo supuestamente continuo, lo mejor para combatir incendios. Pero no se sabe nada de sus gusanos chupadores después de 1696.
En 1721 y 1725, Newsham patentó diseños para un «motor de agua para apagar y extinguir incendios», con una cisterna que podía contener hasta 170 galones de agua. Los diseños de Newsham dominaron el mercado de los camiones de bomberos hasta bien entrada la década de 1770, extendiéndose incluso al extranjero. La ciudad de Nueva York estaba usando sus motores en 1731. Y cuando el edificio del Capitolio de Williamsburg se quemó en 1747, la colonia importó uno de los camiones de bomberos de Newsham para combatir mejor incendios futuros; todavía está en exhibición en un museo colonial de Williamsburg.
«Hay muchos problemas de física fascinantes escondidos a simple vista en libros y artículos escritos hace siglos», dijo Lipscombe. «Recientemente hemos estado trabajando en la aplicación de la mecánica de fluidos elemental a sistemas biológicos y encontramos una descripción común en revistas médicas: que «El corazón actúa como un recipiente de viento. Eso plantea la pregunta de ¿qué es exactamente un recipiente de viento? Siguiendo el rastro, encontramos descripciones del dispositivo ‘gusano chupador’ de Lofting y, en el camión de bomberos de Newsham, una aplicación que salva vidas».
Sociedad de Anticuarios de Londres
Para obtener más información, recopilaron datos de documentos antiguos (patentes, anuncios, fotografías, etc.) y vídeos actuales de los camiones de bomberos en funcionamiento y pudieron inspeccionar personalmente un windkessel superviviente en el Phoenix Hall of Flame. Por ejemplo, los materiales de marketing del gusano chupador de Lofting afirmaban que era capaz de bombear «un chorro continuo» de agua a «400 pies de altura».
Los autores creen que ambas afirmaciones son probablemente exageradas, basándose en su examen de la mecánica de fluidos. Mientras que una bomba operada manualmente podría producir un chorro con la velocidad requerida a nivel del suelo de 22 metros/segundo, «sin la adición de algún dispositivo para regular y suavizar el chorro de agua, una bomba accionada por pistón produciría agua a chorros, en lugar de , como se anuncia, continuamente», escribieron. «Pero ningún dispositivo regulador de este tipo se menciona en la patente del gusano chupador de Lofting de 1690 ni se ilustra en sus anuncios».
Se menciona un dispositivo regulador de este tipo para producir un flujo continuo de agua en un tratado holandés de 1690 escrito por Jan van der Heyden, pero van der Heyden nunca proporcionó ningún detalle específico sobre las «partes internas», según Lemon y Lipscombe, tal vez para evitar patentes. infracción. Afortunadamente, hay varios camiones de bomberos de Newsham supervivientes que incorporan un dispositivo regulador de flujo. (No está claro quién inventó el dispositivo regulador, pero aparentemente no fue Newsham o Lofting). Por lo general, dos hombres llevaban el camión de bomberos al lugar de un incendio, mientras una brigada de cubos mantenía su contenedor abierto con forma de ataúd lleno de agua.
Unos pistones accionados manualmente extraían el agua del depósito y la bombeaban a través del recipiente de viento. El agua bombeada entraría inicialmente en el windkessel a una velocidad de inyección alta, atrapando y comprimiendo el aire en la parte superior de la cámara. Cuando la velocidad de inyección disminuyó, el aire comprimido se expandió y expulsó agua a través de una tubería o manguera de metal hacia el fuego. Cada una de las dos bombas tenía solapas de cuero para que una pudiera sacar agua del depósito mientras la otra bombeaba agua hacia el recipiente de viento, produciendo un flujo mayoritariamente continuo excepto cuando los pistones invertían sus direcciones. «Aun así, el rendimiento de una bomba de dos pistones varía con el tiempo», escribieron los autores.