Reloj Atmos W5

La finalidad de este apartado es dar a conocer un reloj excepcional desarrollado por un matemático inglés llamado Philip Woddward; el W5. Este hombre nacido en 1919 dedicó gran parte de su vida al estudio y desarrollo del radar así como lenguajes de programación para el ejercito inglés.  Una vez retirado se dedicó a la relojería como afición.  Al igual que su carrera laboral fue brillante y ampliamente reconocida, en cuanto a sus aficiones no fue menos ya que supo desarrollar y construir el reloj totalmente mecánico y a presión ambiente más preciso que se había hecho nunca. El nombre W5 es debido a una práctica habitual entre los constructores de relojes.  Estos dan nombre a sus relojes   utilizando la inicial de su apellido seguida del número de relojes que ha fabricado hasta la fecha. Éste fue el quinto que Philip Woodward diseñó y construyó, por lo que lo denominó W5. (En la foto vemos a Philip Woodward con el w5 original en el “British Horological Institute”).

Comentaré primero sus características generales así como el concepto técnico que se utilizó para su diseño y luego veremos como funciona paso por paso. (El reloj presentado aquí ha sido construido por Llamazares-Gil y es una réplica del original siguiendo planos y directrices de Philip Woodward).

Lo primero que llama la atención si lo comparamos con un reloj de péndulo convencional, es que tiene dos péndulos en vez de uno y si nos fijamos un poco más podemos ver que uno de ellos oscila sin que aparentemente tenga ninguna conexión mecánica con la maquinaria.  Se puede decir que está libre. Vamos a explicar con un poco más de detalle en que consiste este concepto de “péndulo libre” ya que en él radica el secreto de la precisión de este tipo de relojes.

A groso modo, un péndulo libre es aquel que oscila sin interferencia exterior alguna y sólo está sometido a la fuerza de la gravedad.  Este concepto fue llevado a la práctica por primera vez en 1921 por un ingeniero inglés llamado William Shortt.  Consistía en utilizar un reloj cuyo péndulo estuviera lo más cerca posible del estado teórico ideal en el cual éste marcaría el tiempo con absoluta precisión.  Desgraciadamente esto es un concepto puramente teórico. En la realidad, todo péndulo se encuentra sometido a factores que distorsionan su funcionamiento y hacen de él  un instrumento de medida imperfecto.  Vamos a comentar cuales son esos factores y para ello,  los vamos a dividir en internos o inherentes al propio reloj y externos a él.

Los factores negativos inherentes al propio reloj provienen de la necesidad de interacción entre el péndulo y el resto de la maquinaria. En un reloj convencional, cada fracción de tiempo o “tic-tac”, el péndulo desbloquea el escape y permite que avance un diente, de esta manera informa a las manecillas que esta fracción de tiempo ha pasado.  Para realizar esta acción ha de vencer una resistencia por rozamiento y este hecho lo frena.  Por su parte,  el tren da un ligero impulso al péndulo para mantener su movimiento.  Debido a las imperfecciones en la construcción de las ruedas y piñones que forman la maquinaria, desde el barrilete hasta el escape, la intensidad del impulso que recibe el péndulo no siempre es constante por lo que se acelerará o retardará.  Estas continuas aceleraciones y frenadas sacan al péndulo de su periodo de oscilación natural.

En cuanto a los factores distorsionantes externos al reloj podemos citar:  Los cambios de temperatura, que por dilatación o contracción aleja o acercan la masa del eje de oscilación;  La presión atmosférica,  si ésta aumenta, el péndulo ha de moverse en un medio más denso y por lo tanto se frena y viceversa.  O la propia gravedad ya que ésta no es una constante y varía a lo largo del año. Para atenuar estas alteraciones, en la medida de lo posible, y aumentar la precisión de sus relojes, Sortt colocó un péndulo oscilando libre y aislado de cualquier acción por parte de ningún mecanismo, con lo que logró suprimir prácticamente los factores distorsionantes internos. Para corregir los externos, lo instaló en una habitación con temperatura controlada y lo dotó de sistemas correctores contra las posibles y mínimas variaciones de temperatura.   Además encerró el péndulo en una cápsula al vacío para suprimir el efecto de la variación de la presión atmosférica. Los únicos factores que influían sobre el péndulo era la variación de la gravedad (que es innegociable) y el hecho de tener que darle un pequeño impulso, cada cierto tiempo para mantener su oscilación.

El problema del impulso lo solucionó apoyando cada treinta segundos un peso o leva de gravedad sobre una pequeña rueda que estaba montada solidaria con él.  Al utilizar la propia fuerza de la gravedad, el péndulo recibía el impulso con la misma intensidad, por lo que su ángulo de oscilación se mantenía estable.  Ahora sólo quedaba dotar al conjunto de un mecanismo que contara el intervalo entre impulsos (treinta segundos) y liberara la leva de gravedad en el momento adecuado.  Lo fácil sería que el propio péndulo, mediante una rueda contadora y un sistema de disparo, activase todo el conjunto, pero el hecho de hacerlo lo alejaría de su condición de “libre”.  Para solucionar esto, William Sortt utilizó un segundo reloj convencional denominado “esclavo” y lo colocó a distancia suficiente del libre o maestro para evitar que sus péndulos entraran en resonancia y se afectaran mutuamente (cosa que ocurre cuando dos péndulos de la misma longitud oscilan anclados en el mismo paramento).  Dotó al esclavo de una rueda contadora de 15 dientes y comunicó ambos relojes mediante conexiones eléctricas.  El esclavo contaría treinta segundos al cabo de los cuales cerraría un contacto eléctrico que activaría un electro-imán en el maestro y liberaría la leva de gravedad.  El problema que surge ahora es que al ser el esclavo mucho menos preciso que el maestro éste se podría atrasar o adelantar con respecto a él. Dicho de otra forma, ambos péndulos se desincronizarían.  Como consecuencia, tarde o temprano, la leva de gravedad se liberaría en el momento incorrecto y el maestro no se impulsaría o peor aún, la leva podría colisionar con la rueda de impulso parando el reloj o dañándolo. Restaba sólo diseñar un artilugio para que el maestro controlase y corrigiese el ritmo del esclavo. Ésto se consiguió con el llamado “sistema de sincronismo hit or miss”, captura o pérdida y consistía en intercalar, cuando fuera necesario, un muelle o fleje en la trayectoria del péndulo esclavo.

Vamos a explicar ésto con un poco más de detalle. Un péndulo libre, tras recibir un primer impulso, pasa del punto de reposo a su máxima amplitud que es dependiente de de la fuerza aplicada.  Seguidamente el péndulo retorna nuevamente al punto de reposo acelerado por la fuerza de la gravedad.  A partir de aquí continúa la trayectoria hasta la máxima amplitud del lado contrario gracias a la energía cinética.  Este proceso se repite hasta que fuerzas de resistencia, poco a poco, detengan la oscilación si no se aplica una energía de mantenimiento.

El mecanismo de sincronismo funciona de la siguiente forma.  Se trima el péndulo esclavo para que vaya lento (que retrase de 15 a 20 segundos al día, por ejemplo) entonces  se intercala, cuando sea necesario, un fleje en su trayectoria, concretamente a su paso por la posición de reposo.  Ésto hace que a la ida tense el resorte, como consecuencia disminuye su ángulo de oscilación que a su vez acelera el péndulo.  Con este sistema se puede hacer que un péndulo que esté ajustado para retrasar funcione correctamente dependiendo de las veces que lo aceleraremos intercalando el fleje.  En el reloj de Short, cuando la leva de gravedad caía, una vez finalizado el impulso del péndulo maestro, activa un contacto y mediante un electro-imán se eleva el fleje y se intercala en la trayectoria del esclavo.  Con este mecanismo se conseguía que el esclavo contase el número de oscilaciones y activase el impulso del maestro, así como mediante contactos transmitiera las señales horarias, por ejemplo vía telegráfica (digamos que asume todas las tareas distorsionantes).   Y a su vez, el maestro, prácticamente libre, rige el funcionamiento del esclavo y lo ajusta cada treinta segundos.

Mediante este binomio de péndulos master-esclavo y el sistema de sincronismo captura-pérdida, William Sortt logró con sus relojes una precisión de +- un segundo al año y durante el periodo de entreguerras  dieron la hora oficial en todo el mundo hasta la aparición del cuarzo que desplazó los relojes mecánicos por ser mucho más preciso.

Con el concepto de péndulo libre en mente, Philip Wodward se puso manos a la obra y comenzó el diseño del W5.  Según palabras suyas, la idea original era construir un reloj con fines didácticos. La explicación del funcionamiento de los relojes de Sortt puede ser un tanto confusa si no se puede ver físicamente todo el proceso y en  éstos era muy difícil ver la interacción entre ambos péndulos ya que estaban físicamente separados el uno del otro.

Lo primero que pensó Woodward que si tenía que realizar un diseño de estas características, ambos péndulos tenían que estar juntos en un solo reloj. Para evitar que se interfirieran mutuamente diseñó sus péndulos de diferente longitud.  Para el esclavo eligió un péndulo de 1/2 segundo, aproximadamente 25cm y para el maestro una longitud tal que cuando el esclavo completase un ciclo de 30 oscilaciones completas éste realizaría 21, esto daba de cálculo, una longitud aproximada  de 56cm.

Con estas medidas se conseguía por un lado eliminar la interacción entre ambos péndulos y por otro hacer un reloj de un tamaño manejable.  Hay que tener en cuenta que los relojes de Sortt tenían ambos péndulos de 1 segundo, por lo que sólo sus longitudes ya eran de 1m.  Si juntamos éstos en una misma caja y añadimos mecanismos, el resultado es un reloj considerablemente grande.  Otro reto que se propuso Woodward cuando diseñó el W5 fué eliminar cualquier mecanismo eléctrico.  El reloj tenía que ser completamente mecánico.  La única energía que mueve el reloj proviene de la pesa. Por último decidió que llevaría un solo tren de engranajes con una sola pesa para mover ambos péndulos. Cuando concluyó el reloj puso los planos y experiencias a disposición de cualquiera que quisiera repetir el proyecto.  En mi caso he querido hacer una réplica lo más exacta posible al diseño original, aparte de cuestiones estéticas como el dial o la caja.

Una vez explicado los fundamentos teóricos del funcionamiento del reloj, vamos a explicar como esta construido, de que partes se compone y por último analizaremos su funcionamiento.  El reloj está dividido en dos partes separadas físicamente por la platina principal.  La parte de atrás, oculta a la vista es la parte común a cualquier reloj convencional.  Esta compuesta por un barrilete, mantenimiento de potencia y un tren de ruedas-piñones convencional. La función de éste, al igual que en cualquier reloj mecánico es transmitir la energía de la pesa hasta la rueda de escape. En la parte delantera y expuesta a la vista se encuentran los mecanismos que constituyen la esencia del reloj, la magia, y que son la aportación personal de la genialidad de Philip Woodward.

Vamos a ver de cerca estos mecanismos siguiendo un orden de dcha a izq.

Empezamos por el péndulo esclavo que es el más corto.  Podemos ver que lo único que se diferencia de un péndulo convencional es este lleva anclado este mecanismo que consta de tres brazos de alambre que pivotan libres  y una chapita de acero.  La función de este conjunto junto con este trinquete es mover la rueda contadora y a los 30 segundos, activar la leva de gravedad.  Encima de este conjunto se encuentra una rueda dentada de 30 dientes llamada rueda contadora.  Ésta gira libre apoyada sobre dos ruedas antifricción y es solidaria con la aguja de los segundos.

El siguiente mecanismo es la leva de gravedad  que está formada, en su parte  izquierda, por un peso y en su parte derecha, consta de esta pieza en forma de triángulo.  Tanto la leva como el triángulo pivotan  libres sobre sus ejes.  La siguiente pieza que vemos es esta rueda de 7 pines que esta solidaria y gira con el tren.  Tanto esta rueda como la leva de gravedad forman el sistema de escape-remontaje, digamos que esta rueda hace las funciones de la rueda de escape en un reloj convencional.  La rueda de 7 pines se encuentra bloqueada por un gancho que pivota libre en su eje.

A la izquierda del todo, se encuentra el péndulo maestro que consta de las siguientes partes. Compensación barométrica y de temperatura. Solidaria a la caña se encuentra la rueda de impulso. Y por último la suspensión que está soldada y forma una pieza con la caña del  péndulo.

Veamos ahora como funciona todo el conjunto. Cada ida y venida del esclavo hace pasar un diente de la rueda contadora por la acción del alambre intermedio trabajando junto con el trinquete.  Cuando han pasado los treinta dientes o treinta segundos, un pequeño pin solidario a la rueda, contacta con el alambre superior y lo hace descender. Éste a su vez hace que el alambre inferior, en forma de gancho, se eleve y enganche con la cola de la leva de gravedad.  A partir de aquí la leva está solidaria al esclavo y ambos comienzan su trayectoria hacia la derecha. Lo primero que ocurre es que el triángulo se libera del pin que lo sujetaba y cae a una posición tal que se alinea con el siguiente pin de la rueda de escape.  El esclavo completa su recorrido hacia la derecha y vuelve a la izquierda con la leva todavía enganchada a él.  Cuando se encuentra casi al final a la izquierda, el péndulo maestro (si el sincronismo entre ambos es correcto) ha de encontrarse al final de su recorrido a la derecha.  En este momento, la leva contacta con la rueda de impulso.  El esclavo completa su recorrido a la izquierda.  Esto hace que el gancho se suelte y que ambos componentes se separen.

Hay que puntualizar que es aquí donde el esclavo recibe el único impulso que mantiene su oscilación. El gancho del esclavo contacta con la leva cuando éste se encuentra a 1 grado positivo con respecto al cero o reposo y la libera a 1 grado negativo a la izquierda. Esta diferencia de 2 grados que está la leva  actuando sobre el esclavo es toda la energía que recibe para mantenerse oscilando durante los 30 segundos siguientes y mover la rueda contadora. Es por esta razón que la parte más crítica de este reloj es la fricción y la inercia de la rueda contadora que han de estar casi suprimidas.

Volvemos a la posición en que la leva ya libre del esclavo ha contactado con la rueda de impulso del maestro y éste comienza su recorrido hacia la izquierda.  Desde esta posición hasta el punto de reposo la leva acompaña al péndulo. Una vez pasado este punto la punta de la leva empieza a descender por la rueda de impulso hasta que cae.  De esta manera el péndulo maestro recibe la energía para mantener su oscilación.  La leva de gravedad continúa descendiendo hasta que el triángulo impacta con el siguiente pin de la rueda de pines.  Esto hace que todo el tren retroceda durante un instante y como consecuencia, el trinquete que bloqueaba la rueda de pines se libera y cae.  La rueda y el tren completo que se encuentra solidario a ella, al estar libres,  comienzan a girar por acción de la pesa. Hay que puntualizar que este sistema de desbloquear el escape es único y constituye una invención de Philip Woodward ya que hasta la fecha nadie había implementado ningún sistema de estas características en ningún reloj.

A partir de este momento ocurren dos cosas simultáneamente. – La primera es que al encontrarse libre el tren, al girar la rueda de pines eleva la leva de gravedad (la remonta).  Por su parte, el triángulo, por mediación de un pin, vuelve a elevar el trinquete hasta que engancha con la rueda de pines y bloquea el tren nuevamente, quedando el conjunto inmóvil a la espera otros treinta segundos.  Como la aguja de los minutos está solidaria al tren, ésta avanza medio minuto. – La segunda acción que ocurre a la vez que la anterior es que la cola del trinquete, al descender, eleva el alambre de sincronismo.  Dependiendo de la posición relativa de ambos péndulos, si el esclavo va lento, enganchará y lo acelerará.  Si por el contrario el esclavo va rápido, cuando el alambre se eleve ya habrá pasado de largo y ésta volverá a descender sin enganchar.

Aunque hay que reconocer que si vemos todo el proceso seguido a velocidad normal  es complicado fijar todos los detalles.  Durante 29 segundos el reloj prácticamente no hace nada, sólo se mueven los péndulos y la rueda de contaje y en el segundo 30 se suceden el resto de las acciones de forma simultánea y demasiado rápidas. Es indudable que el W5, como herramienta didáctica cumple perfectamente su función.

El concepto de funcionamiento de este reloj es diferente al resto de los relojes concebidos hasta entonces.  Comparte elementos y diseño de la relojería tradicional pero incorpora mecanismos innovadores.  Y son éstos últimos, los que le dan unas características propias y únicas.  La principal característica es la precisión.  Se puede afirmar que la precisión de este reloj podría rondar +- un segundo cada dos meses.  Esta estimación está basada en mi experiencia con este reloj concreto.  Pero al igual que la bibliografía sobre los relojes de Sortt, reconoce que relojes iguales y construidos al mismo tiempo podían tener prestaciones muy distintas, es muy probable que al W5 le ocurra algo parecido.  No obstante la información que se puede recopilar de gente que ha construido un reloj de este tipo coincide en afirmar que son extremadamente precisos.

Pero como siempre por las prestaciones excepcionales hay que pagar un precio, y el precio en este caso es que este reloj es mas delicado que un reloj convencional.  Así como en la mayoría de los relojes que conocemos una manipulación errónea sólo tiene como consecuencia que se pare, en el caso del W5 las consecuencias puedes ser graves, ya que partes del mismo se podrían romper o quedar seriamente dañadas.  Estas circunstancias nefastas, por decirlo así, se pueden resumir en dos.

Una es la pérdida de sincronismo por alguna causa y la otra es la ausencia de la fuerza que ejerce la pesa sobre el tren.  Una pérdida de sincronismo puede darse, por ejemplo, en el arranque del reloj.  En uno normal basta con empujar ligeramente el péndulo y todo el mecanismo comienza a funcionar con normalidad.  En el caso de W5 existe una secuencia de arranque que si no se respeta el reloj no funcionará.  Otra causa de pérdida de sincronismo puede venir si adelantamos o retrasamos manualmente la aguja de los segundos para poner el segundero en hora con exactitud.  Si engañamos el contaje de la rueda contadora ésta liberará la leva de gravedad antes de los treinta segundos.  En ambos casos el resultado será idéntico, los péndulos no se sincronizarán y  tarde o temprano la leva de gravedad colisionará con la rueda de empuje.  La forma correcta de sincronizar el segundero con un patrón fidedigno (por ejemplo uno radio-controlado) es posicionarlo adelantado y realizar la secuencia de arranque en el momento exacto.  A partir de ahí se retrasará o adelantará el reloj variando pesos en el badeja del master.

El segundo problema que podría dañar el reloj es que el tren se quede sin la fuerza de la pesa.  Esto puede ocurrir básicamente por dos razones. La primera es al remontar el reloj. Esto es común con todos los relojes convencionales.  Durante el tiempo que se ejerce fuerza con la llave para subir la pesa ésta deja de actuar y el reloj se queda temporalmente sin torque.  Para corregir este problema tanto en el W5 como en otros relojes se incorpora un mecanismo que se denomina “mantenimiento de potencia”  y que por acción de unos flejes sustituyen a la pesa durante el proceso de remontaje.  El segundo motivo que hace que el tren se quede sin tensión es que nos olvidemos de remontar el reloj y la pesa contacte con la parte inferior de la caja.  Para evitar esto, Philip,  ideó un mecanismo  que  hace que cuando la pesa está casi al final de su recorrido (aprox 7 días y medio) anule el funcionamiento de la rueda contadora.

Para finalizar, vemos el reloj ya dentro de su caja y funcionando con normalidad.  La caja está diseñada y construida con la misma técnica con las que un luthier realizaría un instrumento de cuerda. Ésto le da una rigidez y estabilidad superior.  En cuanto al diseño, colores o forma entran dentro del terreno de las preferencias y los gustos personales.

Me gustaría que este apartado sirviese, de alguna manera, para rendir homenaje a su diseñador y constructor, Philip Woodward.  Una persona que dedicó toda su vida a investigar y a aportar mejoras técnicas en diversos terrenos y que demostró tener grandes dosis de aquello que no ha de faltar a todo ingeniero, el ingenio.