En el año 1801 el relojero e inventor francés Louis Abraham Breguet patentó una complicación ideada fundamentalmente para los relojes de bolsillo, bajo el nombre de “tourbillon”. El tourbillon es un mecanismo que permite que el movimiento del centro de gravedad del volante de los relojes mecánicos que lo llevan no se vea afectado por la gravedad terrestre cuando el reloj tiene su caja en posición vertical, y que las oscilaciones del volante mantengan constante su amplitud promedio en el tiempo. Como los relojes mecánicos de pulsera suelen estar en posición horizontal mientras están en la muñeca de su dueño, a éstos no les afecta especialmente el uso del tourbillon, por lo que el empleo de esta complicación en ellos es considerado como un adorno, por otra parte muy cotizado.
Para contextualizar la descripción del tourbillon voy primero a describir cómo es fundamentalmente la mecánica de un reloj mecánico convencional sin esta pieza. En un reloj mecánico convencional existe una masa metálica que gira en un sentido y el otro cuando movemos la mano, llamado rotor o contrapeso, que tiene la misión de comprimir la espiral llamada cuerda, que es la que provee de energía al reloj, para lo que se vale de unos piñones de embrague. Gracias a ellos la cuerda es cargada tanto si el rotor se mueve en un sentido o en el otro, si el rotor carga energía en los dos sentidos, que es lo más corriente hoy en día. Es decir, estos piñones “rectifican” el giro del rotor en el sentido que no es de carga, convirtiéndolo en un giro en el único sentido de carga de la cuerda.
Cuando la cuerda está totalmente estirada, no está suministrando energía al volante, por lo cual el reloj está parado. Esta pieza, el volante, el propio corazón del reloj, consiste en un anillo metálico provisto de una delgada espiral que lo hace oscilar en un sentido y en el otro con un período de oscilación constante siempre que el reloj esté orientado en relación a la vertical del mismo modo. Debido al rozamiento con el aire, al calentamiento por rozamiento del eje del volante y al debido a la compresión y descompresión de la espiral, en cada ciclo de oscilación del volante existen pérdidas de energía que harían que el volante parase de oscilar si no se le suministrase energía. Para compensar estas pérdidas de energía, ésta se le suministra mediante un tren de engranajes que engrana en el dentado correspondiente al barrilete, el cual contiene la cuerda, y que transfiere la energía al volante mediante una pieza denominada escape, que es la primera rueda que recibe movimiento del volante, y se lo transmite gracias al impulso periódico de una horquilla llamada áncora que comunica el escape con éste. El tren de engranajes encargado de llevar la energía desde el eje de cuerda hasta el escape es un tren multiplicador de velocidad angular, puesto que lo que se necesita en el áncora es potencia en forma de movimiento, no de momento de fuerzas. Es poco el momento que se debe aplicar en cada ciclo para compensar las pérdidas, causando impulsión angular, y además el escape se mueve a gran velocidad. Si tuviésemos la potencia en forma de momento de fuerzas, sucedería asimismo que la cuerda se descargaría en seguida, ya que en el sentido inverso sería un tren multiplicador y forzaríamos el rápido movimiento del eje de cuerda, y además de ésto, se le comunicaría demasiada fuerza al volante, con lo que se estropearía la espiral y el reloj no marcharía.
En una descripción breve, se puede resumir el funcionamiento diciendo que, en un reloj mecánico hay una transferencia de energía desde la cuerda hacia el volante, en forma de pequeños impulsos de momento de fuerzas que absorbe el volante, consiguiendo así un sistema vibratorio armónico amortiguado forzado (el volante y su espiral forzados con el áncora); al mismo tiempo que la velocidad angular del volante es comunicada al escape y las ruedas que siguen a éste, reduciéndose en cada engrane según los cocientes entre los números de dientes parejos, de los que se obtendrían las correspondientes relaciones de transmisión, obteniendo así las velocidades de rotación necesarias para las agujas.
El movimiento del volante da lugar a que en cada ciclo avance un diente de la rueda de escape, lo que oímos como tic-tac del reloj. Si deseásemos que el reloj funcionase más rápido para que adelantase más, deberíamos acortar la longitud de la espiral del volante, quedando ésta más comprimida y con una constante elástica de torsión mayor; y si deseásemos un movimiento más lento deberíamos hacer lo contrario, esto es, alargar dicha espiral para que quedase menos comprimida y con menor constante elástica de torsión. A tal efecto existe un ajuste en el reloj. Para minimizar los rozamientos en los pivotes críticos, fundamentalmente el pivote del volante, se incrustan piedras en los apoyos de esos pivotes, suelen ser rubíes, para hacer lo menor posible el rozamiento, y para que no se desgasten los pivotes con tanto movimiento.
Por otra parte, a partir del movimiento del escape, gracias al tren de ruedas multiplicador que le transfiere la energía desde la cuerda, se obtiene una división sucesiva de su velocidad angular en el sentido contrario, hacia la rueda segunda o rueda de segundos, de ésta hacia la rueda primera, y de la primera a la rueda de centro, que es la que engrana en el dentado del barrilete o tambor (el que contiene en su interior la cuerda enrollada) respectivamente, que son las ruedas que giran a la velocidad de las correspondientes manecillas, de acuerdo con los ritmos necesarios para cada una de ellas.
Si la caja del reloj está en posición vertical, como es lógico, la gravedad hará que el volante baje más rápidamente que sube, y ésto descompensa aunque en una cantidad pequeña su movimiento, causando además una menor amplitud de sus oscilaciones. Para evitar esto, Breguet ideó el tourbillon. La complicación de “tourbillon” se basa en montar el trío formado por el volante, el áncora y el escape en una plataforma llamada jaula. Gracias al engrane del escape en una rueda fija en cuyo interior se monta la jaula, se consigue que este trío gire alrededor del eje de esa rueda fija, normalmente una vuelta cada minuto. Es por ésto que el movimiento de dicho eje de jaula se emplea como eje de minutos. Por ello, como el volante en cada minuto va variando homogéneamente su inclinación en relación al eje vertical terrestre parejo a la acción de la gravedad, por término medio se obtiene que ésta no afecta ni en el sentido de atrasar el reloj ni en el sentido de adelantarlo, y los minutos son siempre iguales. Como ya dije más arriba esto tiene sentido si la caja del reloj está continuamente en posición vertical, como es el caso de los relojes de bolsillo, pero en los relojes mecánicos de pulsera, la mejora que introduce el tourbillon en su funcionamiento es inapreciable.
En la actualidad se ha patentado una complicación en relojería mecánica conocida como girotourbillon, que no es otra cosa que un tourbillon “tridimensional”, que provee de dos ejes de giro en el espacio para el montaje del trío volante-áncora-escape, con lo que se compensan no sólo las variaciones de amplitud de la oscilación del volante debidas a una posición vertical de la caja, sino todas las variaciones de dicha amplitud causadas por cualquiera posición que presente ésta según una inclinación genérica en el espacio. En cualquiera de los casos, a pesar de que no deja de ser un adorno tan complejo y bello como innecesario, hay que reconocer que es una maravilla de la técnica de la relojería que mejora el funcionamiento del reloj, y que ésta tiene ya varios siglos de desarrollo.
En la fotografía superior se muestra un esquema de un reloj mecánico convencional, en la foto intermedia se aprecia el detalle del acoplamiento entre volante, áncora y escape. En las fotos inferiores se aprecia un tourbillon desmontado y montado, respectivamente.
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