Carrete de Ruhmkorff
El carrete de Ruhmkorff o bobina de inducción de Ruhmkorff, ideado a mediados del siglo XIX por el físico alemán Heinrich Daniel Ruhmkorff, es el dispositivo que hizo posible la aparición de la radiología médica al convertirse en la primera fuente fiable de alta tensión para alimentar los tubos de descarga, adaptado por los pioneros de la radiología constaba de un primario de pocas espiras con corriente continua y un secundario con miles de kilómetros de hilo fino de cobre capaz de generar descargas de 50.000 a 150.000 voltios.
Heinrich Daniel Ruhmkorff nació en Hanóver, (Alemania) el 15 de enero de 1803 – París, 20 de diciembre de 1877) fue un destacado mecánico, físico, inventor y empresario alemán, afincado en Francia, mundialmente conocido por perfeccionar y comercializar el carrete de inducción o bobina de Ruhmkorff, un dispositivo fundamental en la historia de la electricidad, la física experimental y los albores de la radiología médica.
Falleció en París en diciembre de 1877 y sus restos descansan en el famoso cementerio de Montparnasse.
Tras formarse como aprendiz de mecánica en su Alemania natal, Ruhmkorff viajó y trabajó en distintos talleres de Europa (pasando por Francia y por el Reino Unido, donde colaboró en el sector industrial de la época).
Hacia mediados del siglo XIX se instaló definitivamente en la capital francesa, donde abrió un taller especializado en la construcción de aparatos de física e instrumentos eléctricos de alta precisión. Su taller se ganó una enorme reputación entre la comunidad científica internacional por la calidad inigualable de sus acabados.
Aunque el principio físico de la inducción electromagnética había sido descubierto previamente por Michael Faraday, y varios inventores construyeron prototipos iniciales, fue Ruhmkorff quien patentó y perfeccionó comercialmente la bobina de inducción en 1851:
Introdujo mejoras críticas en el aislamiento eléctrico utilizando tubos de vidrio y capas de separación. Optimizó la longitud de los devanados de cobre e incorporó, siguiendo los consejos del físico Hippolyte Fizeau, un condensador para minimizar las chispas destructivas en el interruptor y maximizar la descarga de salida. El dispositivo lograba transformar una corriente continua de baja tensión proporcionada por pilas o acumuladores en descargas eléctricas intermitentes de altísima tensión capaces de generar arcos y chispas de más de 30 centímetros.
Se convirtió décadas más tarde en el motor eléctrico indispensable de los estudios de la electricidad, de los primeros tubos de rayos canales de Goldstein y de los tubos de Crookes que fueron primeros tubos de rayos X descubiertos por Wilhelm Röntgen en 1895.
El carrete de Ruhmkorff fabricado por Karl Schall en el año 1905
Mueble con el carrete de Ruhmkorff fabricado por Karl Schall en el año 1905
El carrete de Ruhmkorff es un transformador polimorfo elevador montado por lo general sobre una sólida base de madera que consta de los siguientes elementos principales:
Núcleo magnético: Un cilindro central formado por un haz de varillas o hilos paralelos de hierro dulce. El uso de hilos separados en vez de un bloque macizo evitaba las pérdidas de energía provocadas por las corrientes parásitas de Foucault.
Circuito primario: Arrollado directamente sobre el núcleo, consistía en un hilo de cobre grueso y corto por el que circulaba una corriente continua de baja tensión procedente de pilas voltaicas o acumuladores.
El interruptor o «martillo Interrupteur”: Un mecanismo electromecánico de interrupción automática. Al pasar corriente por el primario, el núcleo de hierro se imantaba y atraía una pequeña pieza metálica (el martillo), lo que abrían instantáneamente el circuito. Al cortarse la corriente, el imán perdía fuerza, el martillo regresaba a su sitio por un resorte y el circuito volvía a cerrarse. Este ciclo de apertura y cierre se repetía cientos de veces por segundo. Para generar la corriente alterna pulsada que exigía la inducción, el sistema dependía de un martillo vibrador mecánico o de complejos interruptores de mercurio e interruptores electrolíticos como el tipo Wehnelt. Estos dispositivos sufrían un desgaste mecánico tremendo, producían chispas constantes, despedían vapores tóxicos de mercurio o ácido, y se desajustaban con facilidad en plena exploración clínica.
El condensador: Siguiendo las aportaciones de Hippolyte Fizeau, se integraba un condensador en paralelo con el ruptor para absorber la chispa en el momento de la apertura, protegiendo los contactos y haciendo que la caída del campo magnético fuera extraordinariamente brusca.
Circuito secundario: Rodeando al primario y perfectamente aislado de este mediante tubos de vidrio o capas de material secante y parafina, se encontraba un devanado compuesto por kilómetros de hilo de cobre extremadamente fino.
La clave del aparato reside en la inducción electromagnética por brusquedad. Cuando el martillo interrumpía bruscamente la corriente continua del circuito primario, el colapso repentino del campo magnético en el núcleo de hierro inducía una fuerza electromotriz de altísima tensión en el circuito secundario. Con una modesta pila de unos pocos voltios, el carrete era capaz de generar arcos eléctricos y descargas intermitentes de entre 50.000 y más de 100.000 voltios en sus Bornes de salida.
Cuando Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X en 1895, no existían redes eléctricas generalizadas ni transformadores industriales adaptados. Los físicos y los primeros médicos pioneros recurrieron inmediatamente al carrete de Ruhmkorff para excitar los primeros tubos de Crookes.
Eran equipos delicados, ruidosos y con una capacidad de corriente limitada, lo que obligaba a alargar los tiempos de exposición (a veces varios minutos para una sola placa), aumentando el riesgo de quemar al paciente o de fundir el tubo de rayos X.
La llegada de la corriente alterna industrial y los tubos de alta potencia A principios del siglo XX, las ciudades comenzaron a electrificarse masivamente con redes de corriente alterna (CA). Al mismo tiempo, los tubos de rayos X evolucionaron (gracias a casas como Müller o Veifa) para soportar mayores intensidades y exigir disparos más rápidos y limpios (por ejemplo, para radiografiar el tórax en milisegundos y evitar el movimiento borroso de los latidos del corazón o la respiración).
El viejo carrete de Ruhmkorff, alimentado por pilas o dinamos y limitado por sus ruptores mecánicos, con los años el molesto martillo vibrador, los vapores de los interruptores de mercurio y su limitada potencia obligaron a sustituirlo por los transformadores de corriente alterna y alta frecuencia, el carrete de Ruhmkorff quedó inmortalizado como el motor de la historia de la radiología
La transición consistió en abandonar el principio del campo magnético interrumpido por un martillo mecánico y adoptar el transformador estático de corriente alterna (de núcleo cerrado en anillo o acorazado):
El transformador operaba directamente conectado a la red general de corriente alterna (o a dinamos potentes), eliminando por completo los delicados martillos vibradores y los ruidosos interruptores de mercurio.
Mientras que una bobina de Ruhmkorff luchaba por entregar corrientes estables de pocos miliamperios, los nuevos transformadores industriales diseñados por ingenieros alemanes (como los de la casa Veifa o Reiniger, Gebbert & Schall) podían suministrar potencias enormes de forma instantánea.
Hacia 1907, la aparición de sistemas capaces de rectificar y transformar la onda directamente permitió reducir los tiempos de exposición de minutos a segundos, marcando el nacimiento de la radiología moderna y la fluoroscopia continua de alta seguridad.
Los catálogos de principios de siglo ofrecían masivamente «Bobinas de Ruhmkorff de 30 a 40 cm de chispa con interruptor electrolytic». A partir de la década de 1910, las bobinas de inducción clásicas quedaron relegadas casi en exclusiva a laboratorios de física o a equipos portátiles de campaña para el ejército, mientras que los hospitales y clínicas privadas exigían los flamantes armarios de alta tensión con transformadores blindados y mesas basculantes integradas.
