Eoluz - wiki.ead.pucv.cl · Eoluz Escultura cinética Alumno: Raúl Arturo González Luy Profesores...

Eoluz Escultura cintica

Alumno: Ral Arturo Gonzlez LuyProfesores Gua: Marcelo Araya Aravena y Sandra Marin

Diseo Industrial - Marzo 2012Pontifi cia Universidad Calica de Valparaiso - Escuela de Arquitectura y Diseo

Proyecto de Ttulo - Eoluz

Agradecimientos

Partiendo por mi familia, estoy agradecido por el apoyo y la paciencia que me dieron a pesar de haber hecho un desastre en la casa durante los meses de trabajo. A mis amigos, colegas y compaeros por el inters y sus avisos. A Manuel Sanfuentes y Jose Balcells, por darme un par de luces en el rea potico-arttico durante el proyecto, como tambin a Francisco Gallardo, Pedro Garretn y Herbert Spencer en el rea tecnolgica. Finalmente, y no por ello menos importantes, a Marcelo Araya, Sandra Marn y Diego Becerra por guiarme a lo largo de este proyecto de ttulo.

A todos, gracias.

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El proyecto de ttulo 'Eoluz', tiene por objetivo instalar en Ciudad Abierta una 'luz' que la naturaleza pueda encender con la energa gratuita de la naturaleza, tomando forma de una escultura cintica, siendo el viento la energa que da vida a la escultura.

La forma consiste en una gran hlice de color con la que se transforma el movimiento lineal del viento en movimientos giratorios, los cuales tendrn un juego con el color y el movimiento mismo, siendo esta la luz propuesta.

Utilizndose mecanismos de poleas se transfi ere el movimiento del eje de la turbina a un eje con una serie de seis discos en tamao decreciente, la superfi cie de estos discos esta dentada y pintada con un par de colores, los colores dispuestos cada uno en una cara distinta de los dientes del disco con el propsito de aprovechar la forma cilndrica, y el movimiento de estos, para generar gradientes de colores entre la pareja presentada siguiendo las reglas de los colores aditivos. A su vez estos discos estn dispuestos

Abstract

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de forma no cntrica en el eje, de tal forma que con los distintos desfases se busca dibujar una silueta ondulatoria.

Antes de llevarse a cabo la forma fi nal del proyecto, varias propuestas son efectuadas apoyndose en el uso del diseo asistido por las computadoras, probando el color el movimiento en tiempo real para despus ser llevado a maqueta a la hora de correccin.

A lo largo del proyecto, la misma 'luz' evoluciona, partiendo de una luz como

elemento fsico, en un principio como una luz elctrica que se enciende, a un elemento abstracto, una luz potica, dando espacio para una mayor fl exibilidad artstica.

Se concluye la obra ubicndola en el punto ms alto del trayecto entre los talleres y la Sala de Msica de Ciudad Abierta, el punto donde viento y personas fl uyen por igual, donde el viento podr dar de si para generar una luz para los presentes, y estos ltimos tener un lugar para recibir este regalo del viento.

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vi

Prlogo

EoluzDos maneras de concebir un objeto

El proyecto Eoluz tiene su punto de partida en la conjuncin de cuatro miradas distintas sobre el viento y sus capas, desarrolladas en paralelo por cuatro titulantes de la generacin del 2011.

La primera capa contempla una mirada general y geolgica del viento como agente erosionador de los cerros en la ciudad de Valparaso. La segunda capa -donde se ubica el proyecto Eoluz- explora el viento como fl uido de energa y a la vez se pregunta por su uso en la Ciudad Abierta. La tercera capa aloja una zona intermedia entre el espacio ldico areo (3D) y el espacio terrestre (2D). Y por ltimo, la cuarta capa constituye un elemento defl ector del aire en movimiento para techar provisoriamente una serie de clases del Taller de Amrica impartidas al aire libre, cobijando a 300 personas.

De modo general, el proyecto

Eoluz puede entenderse como dos etapas que se abisagran para concebir un cuerpo defi nitivo: Es el instante en que el modo de pensar el objeto pivota para pasar de un elemento concebido con fi nes prcticos a otro que hace posible una segunda visin sobre s mismo, esta vez, es el propio cuerpo el que a partir de una disposicin cromtica dialoga con el espacio que lo soporta y se vuelve un hecho lumnico para ser visto de da, adems de establecer un hito en el camino que va desde la Hospedera de la Entrada hasta la Sala de Msica.

Creo que este punto de infl exin es la esencia del proyecto, pues el diseador pasa de la mera propuesta tcnica -necesaria por cierto- a una proposicin original, que distancia la accin creadora de su destino til, resonando las palabras dichas por Godofredo Iommi a los diseadores hace

algunos aos atrs:

Que lo til y efi caz no abandone nunca su inutilidad, su desconocido, lo que el objeto lleva de sigo.

Marcelo Araya

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Tabla de contenidos

iii - Pagina de agradecimientos

iv - Abstract

vii - Prologo

viii - Tabla de contenidos

2 - Introduccin

3 - Proyecto de ttulo Eoluz

3 - Hiptesis

5 - Estado del Arte 5 - Arte Cintico 5 - Arte ptico 7 - Jesus Soto 7 - Matilde Perez 8 - Carlos Cruz Diez 8 - Reuben Margoli

9 - Objetivos

9 - Desarrollo de la idea 9 - Energa 11 - Luz elctrica 13 - Luz potica

17 - Metodologa 17 - Primera Etapa 17 - Segunda Etapa 19 - Tercera Etapa

21 - Conclusiones

23 - Evolucin del proyecto

31 - Especifi caciones tcnicas 31 - Materiales

33 - Planimetras 33 - Generales 39 - Hlice 41 - Base 42 - Techo 43 - Adaptador rueda de bicicleta, eje secundario, rodamientos y techos de rodamientos del eje secundario 44 - Ruedas/poleas y discos luz 45 - Aspa

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48 - Anexos 49 - Etapa 1 49 - El viento 49 - Defi nicion del viento 50 - Medicion del viento 51 - Historia de generadores eolicos 51 - Primeros molinos 52 - El uso mecanico del viento 53 - Electricidad Eolica 55 - Componentes de un generador eolico 55 - Transformador aerodinmico-mecanico 57 - Transformador mecanico electrico 59 - Transformador mecanico a luminico 62 - Sistemas de Regulacin 63 - Primeros prototipos 63 - Primer modelo 65 - Segundo modelo 67 - Modelos de molinos 67 - Savonious 68 - Darrieus 68 - Construccin de turbina hbrida savonius-darrieus, el modelo Lenz 69 - Wingbelt 72 - Hlice 75 - Pruebas construidas 75 - Hlice PVC 77 - Hlice de 2 aspas, punta ancha y base delgada, de terciado. 79 - Hlice de 3 aspas, punta ancha y base delgada, de terciado. 80 - Hlice de 3 aspas, punta delgada y base ancha, de terciado. 81 - Hlice de 3 aspas, punta delgada y base ancha, tallada. 83 - Exposicin de etapa 84 - Construccin 85 - Etapa 2 87 - Luces para Ciudad Abierta 87 - La propuesta 87 - La energa y la luz 88 - La luz 89 - La luz y la ciudad de noche 89 - La luz y el dibujo 90 - La segunda etapa 90 - Proyeccin de ltima etapa 91 - Estudio de construccin del corazn del proyecto 91 - Ubicacin 92 - La base 93 - Los rodamientos y su cobertor 94 - El motor/generador 95 - Red elctrica 96 - Partes por investigar 97 - Transformador Elico-Mecanico 97 - La Hlice 99 - Las Aspas 103 - La caja de cambios 107 - Exposicin de Etapa 109 - Etapa 3 109 - Exposicin de Etapa112 - Colofn

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Introduccin

En la siguiente carpeta de ttulo se presentar el proyecto Eoluz, comenzado a fi nales de Septiembre del 2010 y terminando a principios de Diciembre del 2011.

Eoluz es una escultura cintica ubicada en Ciudad Abierta, la alimentada por los vientos de Eolo dando con la gratuidad del viento una luz para Ciudad Abierta y sus habitantes. El proyecto evoluciona desde un objeto porttil, un pequeo generador elctrico a la escultura propiamente tal que esta ahora construida en Ciudad Abierta, evolucin

que consta de un importante punto de infl exin a mediados de la ltima etapa.

El desarrollo conceptual y constructivo de Eoluz ser expuesto a continuacin, el cuerpo principal de esta carpeta tendr el enfoque fi nal que tuvo este proyecto haciendo referencias a las etapas anteriores como parte del proceso evolutivo del mismo, pero tambin se incluye en los anexos el enfoque del proyecto antes de la infl exin, a modo de registro

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Proyecto de titulacin

Hiptesis

Este proyecto de ttulo se pregunta por la posibilidad de crear una luz para Ciudad Abierta y aquellos que se movilizan en ella, una luz que provenga gratuitamente del medio ambiente, la forma que tendra este objeto para recibir lo regalado por el ambiente y volverlo luz, y fi nalmente la forma de esta luz.

Imagen 1,1 Eoluz.

Eoluz3


Estado del Arte

Arte CinticoEl arte cintico es un arte que contiene partes mviles, o que dan el efecto de movimiento. Este movimiento puede ser generado por motores elctricos, mecanismos como de relojera, vapor, por interaccin del usuario o elementos de la naturaleza, como el viento.

El arte, o esculturas cinticas a veces tienen una linea divisoria no muy ntida con otros tipos de arte, como es el caso con el arte ptico, las esculturas acsticas y lumnicas.

Bycicle wheel (1913) de Marchel Duchamp es conocida como la primera escultura cintica. Jean Tingueli en 1960 construye Homenaje a Nueva York, obra cintica cuyo objetivo

fue auto-destruirse al exponerse al pblico, esta obra un tanto infl uenciada por el dadaismo.

Los animales de la playa de Theo Jansen son esculturas cinticas que son capaces de desplazarse a si mismas con la ayuda del viento, utilizando este para generar movimientos cclicos capaces de reproducir un movimiento caminante.

Finalmente los mbiles, decoraciones colgantes que pueden girar por el viento o pasar de las personas, a veces tambin dispuestos sobre las cunas de los bebes, tambin son considerados esculturas cinticas.

Arte pticoEl arte ptico es un mtodo de pintura en donde la ilusin y el plano interactan, son trabajos abstractos, varios de los ms famosos siendo exclusivamente en blanco y negro. Cuando el espectador observa la obra, estas

Imagen 1,2 Homenaje a Nueva York, 1960.

Imagen 1,3 Bicycle Wheel, 1913.

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obras daran sensacin de movimiento, aparicin de imgenes ocultas, vibraciones o parpadeos, patrones o torsiones y ondulaciones.

El arte ptico es uno de los derivativos del Bauhaus, no teniendo nombre hasta 1966, pero tiene apariciones antes, por ejemplo en 1938 en la obra de Victor Vasarely (Zebras).

El uso del color en estas obras se daba en 3 interacciones distintas, contraste simultaneo, contraste sucesivo y contraste revertido (asimilacin). El contraste simultaneo es bsicamente rodear un color con otro, esto causa sensacin de un contraste superior al realmente existente, el contraste sucesivo consiste en el fenmeno del afterimage, que se produce al observar fi jamente un dibujo dibujo de un color saturado por un tiempo para rpidamente volver la vista a una superfi cie blanca, generando una imagen fantasma del primer dibujo en la retina del expectador que desaparece en pocos segundos. El contraste

invertido se usa el blanco o el negro al lado de un color para que este se difumine sobre el anterior y as dar la ilusin de asimilacin por parte de un color por el otro.

Imagen 1,4 Esculturas de Theo Jhansen.

Imagen 1,5 Movement in squares, 1961.

Imagen 1,6 Zebras, 1938.

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Jesus Soto

Artista ptico y cintico Venezolano, sus obras son interactivas y pueden ser atravesadas por estar compuestas de un arreglos de hilos que dibujan en el espacio volumenes aparentes en el aire, haciendo de sus obras inseparables de sus espectadores (de hecho son difcilmente apreciables en fotografa).

Matilde Perez

Escultora cintica chilena. Sus obras son de tipo cin-tico, a modo de estudios de los efectos visuales de las formas abstractas, la uti-lizacin del color y del mo-vimiento. Sus obras van de pinturas a elementos mviles con colores y luces.

Imagen 1,7 Sphre Concorde,1996.

Imagen 1,8 Escultura de Matilde Perez.

Imagen 1,9 Escultura de Matilde Perez.

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Carlos Cruz DiezArtista cintico y ptico venezolano, su trabajo se enfoca principalmente hacia el color, la linea de visin del espectador y la percepcin del color y la perspectiva. Trabaja con efectos llamados cromo-interferencias, cromo-saturaciones, entre otros que estn relacionados a la ilusin de colores no presentes con la combinacin de colores ms bsicos va la mezcla aditiva de estos por la luz.

R e u b e n MargoliEscultor cintico estadounidense, sus esculturas funcin en base a mecanismos motorizados, formando formas ondulatorias. Sus trabajos son de varias escales, desde aquella que puede ser impulsada por manivelas por el espectador, a aquellas que cuelgan de cielos en halls de museos.

Imagen 1,10 Physicromie , en plano,Carlos Cruz

Diez. Imagen 1,11

Physicromie , fotos en movimiento,Carlos Cruz Diez.

Imagen 1,12 Conected, 2009, Reuben Margoli.

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ObjetivosEl objetivo es crear un elemento que le otorgue la posibilidad a Eolo de regalar un poco de sus fuerzas para hacer una luz en Ciudad Abierta.

Desarrollo de la idea

EnergaEn el ambiente existe energa, y el hombre se ha alimentado de ella para mltiples propsitos, es extrada de las profundidades de la Tierra en forma de diversos minerales, de ros, del viento y de los rayos del sol, y con ella facilitando la vida de las personas en diversos usos como vehculos, produccin de alimentos, etc.

Se puede decir que la relacin del hombre y la

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energa siempre a sido de origen y aplicacin, creacin y utilizacin, dicho de otro modo una relacin principalmente utilitaria. Razn por la cual en este proyecto de ttulo se plantea la posibilidad de darle a una de estas energas, en este caso el viento, un uso no utilitario, sino ms bien una posibilidad al ambiente para que con su gratuidad energice un regalo, se piensa este regalo con forma de una luz.

Imagen 1,13 Valpariaso de noche.

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Luz elctricaEn primera instancia la luz se piensa de forma literal y fsica, una luz lumnica, elctrica, y aparece en el acto potico y las travesas, trayendo la portabilidad, siendo el lugar que se iba en ese entonces era uno en donde el viento estaba fuertemente presente, por este motivo el viento se vuelve el candidato predilecto como fuente.

La idea evoluciona a crear un lugar particular y fi jo para esta luz, emplazado en Ciudad Abierta ahora, primero como la luz elctrica como tal, para iluminar los senderos de

Imagen 1,14 Render Ciudad Abierta, red de luces.

Imagen 1,15 Render acceso Sala de Msica.

Imagen 1,16 Render acceso a Ciudad Abierta.

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Ciudad Abierta, dibujndola en la noche. Pero esta luz, de construirse, habra ocluido la luz nocturna que ya reciba Ciudad Abierta, que era la luz de las estrellas, por lo que la luz como regalo se pone en duda, siendo esta aquella que hace que el proyecto de el verdadero giro en el sentido de pasar de lo utilitario a lo regalado.

Imagen 1,17/1,18/1,19/1,20 Luces LED.

Imagen 1,21/1,22/1,23Pruebas de circuito.

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Luz PoticaDe una red de luces a un foco de luz fue el siguiente paso, pero el hecho de que esta luz solo sera visible en la noche era una inquietud que llevo a otra pregunta, qu o cmo hacer una luz visible durante el da? Claramente la luz elctrica se vera disminuida por la potente luz del sol, y por consiguiente se toma la decisin fi nal de abstraer la luz a forma.

Cmo representar la luz

Imagen 1,24 Primer concepto de luz abstracta.

Imagen 1,25Ejemplo de clockworks.

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con la forma?, ya no como el fenmeno fsico de lo lumnico, sino como un objeto potico.

Se parte preguntndose que es la luz para uno mismo, siendo la respuesta simplemente lo que los ojos perciben, y esto son los colores, de distintas intensidades que dibujan los volmenes y formas que nos rodean en nuestras mentes y que estn necesariamente en

Imagen 1,26 Engranes irregulares.

Imagen 1,27Render de prueba de engranes. Imagen 1,28 Render de prueba de engranes. Imagen 1,29

Maquet de engrane.

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movimiento, porque por otro lado lo que perciben los ojos tambin es el mundo real, el mundo vivo y no una foto o sucesin de estas como es el caso de las pelculas.

El movimiento de las aspas de Eoluz brinda al proyecto de un movimiento cclico, que variara en conjunto con la vitalidad del viento, siendo transferido por medio de las poleas, el naranja color que representa la vitalidad, la energa resulta ser una expresin visual muy potente de esta energa, y la luz que se

Imagen 1,30 Render de elementos verticales 1.

Imagen 1,31Render de verticales 2, con divisiones.

Imagen 1,32 Render de prueba de cigeal y

chromointerferencia.

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quiere dar, es la luz expuesta en la rosa cromtica entera en colores planos presnetando todas las virtudes de los colores juntos, en donde el movimiento y la forma de los elementos giratorios formar los colores transicionales de forma gradual, a modo de efecto ptico. Respecto a la forma, los elementos giratorios tienen sus centros descentrados y rotados en secuencia para as dibujar la onda que es la luz, que es evidente al estar en movimiento.

Imagen 1,33 Render con cigeal abstraido

en discos giratorios.

Imagen 1,34/1,35/1,36/1,37Renders de evolucin de discos

giratorios hasta versin fi nal.

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Primera etapa:

Se comienza el proyecto con construccin de maquetas en madera escala 1 a 1, a modo de estudio de la transformacin de la energa aerodinmica a mecnica, y este poder convertirlo posteriormente en energa elctrica. Esto porque desde la primera etapa hasta mediados de la tercera el objetivo era crear una luz fsica literal, la luz elctrica.

Se cierra la primera etapa habiendo estudiado varias formas de turbinas y habiendo estudiado las piezas necesarias para continuar el proyecto desde aquella perspectiva.

S e g u n d a Etapa:En la segunda etapa se tiene un generador obtenido a modo de prstamo. Esto resulta defi nitorio en lo que a medidas se refi ere, sobretodo en lo que a torque (fuerza en el giro) como requerimiento.

Teniendo en cuenta lo anterior se disea considerando la necesidad de obtener grandes fuerzas del viento en mente. Implicando en un rea de contacto amplia, pero no tanto como para comprometer estabilidad de estructura. Variables como peso, altura y piezas mecnicas necesarias tambin aparecen en esta etapa.

Se comienza por trabajar en una estructura base, la que sostendr la hlice.

Metodologa

Imagen 1,38/1,39/1,40/1,41/1,42Fotos etapa 1, ms detalle en Anexos.

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Se construyen maquetas suponiendo la materialidad en vigas de madera, luego pasando al metal por ser ms afn con las piezas que sostendra fi nalmente, como los rodamientos posteriormente las poleas. Una vez defi nida la forma se hacen los planos por computadora para tener medidas correctas en largos y ngulos y se construye.

La construccin de la base tiene 2 momentos: la construccin de 2 pares de patas, y luego la vinculacin de estas por medio del travesao inferior y la superfi cie superior.

La hlice esta compuesta de 3 partes, el eje con las barras de tensin delanteras, las barras de tensin traseras, y las aspas de tela que van entre las barras de tensin. Las barras de tensin traseras van a un tubo que actu como

pasador sobre el eje principal, y con un sistema de pernos este tubo puede dejarse fi jo en la posicin deseada, de este modo se puede regular la profundidad de las aspas y el rea de estas.

Para la construccin de esta, se construye una mesa, en la que los ejes son insertados y las barras quedan en posicin por unas fi jaciones en la misma, asegurando la perpendicularidad a la hora de soldar.

Las aspas, por ser de forma parablica, se disean primero por computadora, obteniendo en el plano los recortes necesarios para que en la costura de las partes planas el conjunto sea parablico.

Se termina esta etapa montando todas las partes construidas descritas.

Imagen 1,43/1,44Fotos motor/generador de bicicleta.

Imagen 1,45Foto de primera maqueta de estrutura.

Imagen 1,46Fotos etapa 2 terminada.

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Tercera etapa:

La tercera etapa parte tomando lo construido traspasndolo a formato digital. En este formato se crean las distintas iteraciones de la luz , desde que cambia de un sistema elctrico a una luz nica, hasta la luz abstracta. El medio digital facilita la visualizacin del conjunto en movimiento antes de ser construido o de la creacin de maquetas, las cuales no son efectuadas hasta que el diseo no se consolida, para luego ser construido.

En esta etapa se lleva a cabo la construccin del sistema de poleas, para el cual varias de las piezas en cuestin se disean en planos y luego son llevadas a una tornera de metales para su construccin.

Los elementos que componen la luz, se hacen de madera por su fcil trabajo en los talleres de Ritoque, siendo el terciado marino, por su resistencia a la intemperie y la disponibilidad de su espesor, la madera elegida.

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Imagen 1,47/1,48/1,49/1,50/1,51/1,52/1,53/1,54/1,55Fotos de secuencia de

construccin. Imagen 1,56/1,57/1,58

Fotos de luz terminada.

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Este proyecto de ttulo alcanza a trabajar con algunas de las mltiples formas de trabajar en conjunto con el viento, dejando muchas posibilidades y variantes ms por experimentar para el futuro, en esta obra se explora un acercamiento continuo o cclico del pasar del viento, mientras otros en la misma escuela estn estudiando posibilidades de distintos momentos en el mismo viento, esta la posibilidad de obtener movimiento atrapando el viento o fl uyendo en conjunto con l, etc. entre tantas otras cosas an por hacer y experimentar.

Tambin hay que tomar en cuenta las posibilidades artsticas encontradas en lo que alguna vez fueron solo maquinas o partes mecnicas, como se ve en otras esculturas cinticas de otros artistas, que alcanzan a estudiarse para este proyecto y que podran haber tenido una mayor presencia, y no solo en el sentido de trabajar junto con el viento, tal vez tambin de forma directa

entre la persona que observe el trabajo, de tal forma interacte con este haciendo de la obra un trabajo completo en la medida que el tanto el pblico y la obra trabajen juntos.

Eoluz, tal y como se fi naliza, es una propuesta hecha de una serie de conceptos que fueron cambiando durante su ejecucin y construccin, dejando abierta la siguiente interrogante: cul hubiese sido la forma fi nal de Eoluz si esta hubiese sido la etapa primera en vez de la ltima? Si bien se llega a un fi n de proyecto, esta duda aparece como cuestionamiento a la integracin e interaccin de las partes que lo componen, a causa de la misma evolucin e infl exin del fundamento desde sus inicios, hasta su conclusin.

Conclusiones

Imagen 1,58/1,59/1,60Fotos de instalacin en Ciudad Abierta.

Imagen 1,60/1,61/1,62/1,63Fotos de Eoluz instalado.

21


Evolucin del Proyecto

Inic

ioE

tapa

1

Comienzo de ttulo, probando tipos de turbinas.

Lnea temporal23

Primera maqueta, generador porttil.

Segunda maqueta, generador porttil.

Estudio hlice madera, 2 aspas.


Estudio hlice madera, 3 aspas, diseo fi nal de etapa


24


Eta

pa 2

Obtencin de motor (tamao defi ne forma de estructura de Eoluz).

Idea de iluminar Ciudad Abierta, dibujar la noche

25

Render ilustrando como se cree que se vera Ciudad Abierta Iluminada de noche.

Eoluz, funcionando por primera vez con el viento.

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Render de Eoluz terminado siguiendo concepto de segunda etapa. Aparicin de tren de poleas, idea utilizada posteriormente.

Eoluz a fi nes de Etapa 2.

Render camino Sala de Msica mostrando como se cree que se habra visto la noche iluminada por Eoluz.

27

Eta

pa 3

A principios de Etapa 3 empieza la transformacin del proyecto, de una luz electrica con una utilidad prctica (iluminar los senderos), a una luz exista por y para si misma, pasando a generador ms pequeo para una luz elctrica ms focalizada, en Eoluz mismo.

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Dado el cambio anterior, se avanza en la idea de ser una Luz en si mismo. La Luz pasa de ser un elemento literal (electrico) a abstracto. Primer diseo conceptual de esta nueva luz, marcando un cambio importante en el proyecto:

Eoluz pasa a ser escultura cinetica.

Siguiendo una idea vertical, se hace maqueta probando elementos que pudiesen girar por su propia cuenta, pero se opta por volver a la hlice mayor como fuente de energa.

Pruebas de diseos y color, aqui utilizando formas verticales.La luz de Eoluz es el juego entre el color, el movimiento y el aire (que seran los espacios sin ninguno de los anteriores) entre ellos.

Aparicin de posibilidad de trabajar con un cigeal, primero se propone cortar eje principal, pero el peso no hubiese dado abasto, luego se intenta por agregar elementos que agreguen movimiento al eje.

Tomando la idea de ejes giratorios, se propone un juego de poleas para tener un cigeal adentro de la estructura, y con el movimiento de este trabajr el movimiento del color, aqui el primer concepto bajo esa idea.

29

Fin

de

Pro

yect

o

Se abstraye el cigeal, volviendose un eje recto con discos descentrados, estos accionaran elementos verticales que con cambios de ngulo haran un efecto visual de cambios en la posicin del color en el elemento.

Probando con algunas combinaciones de color, y al aumentar el dimetro del cigeal se descubren los siguientes diseos.

Finalmente para darle un el efecto al color, se hace dentada la superfi cie de los discos, de este modo se ordena el color en el movimiento oscilatorio y haciendo aparecer una gradiente en medida que haya movimiento.

30


Aqu se presentar el listado de materiales utilizados para construir Eoluz, los detalles constructivos se detallan en las respectivas secciones, partiendo por el anexo, etapa 2 en Estudio de la construccin del corazn del proyecto, y luego siguiendo en proyecto de titulacin Eoluz en Metodologa.

Imagen 1,64Render Eoluz transparente

Materiales31

Especifi cacionesTcnicas

Npieza

Nombrepieza

Descripcin y uso de pieza Color ubicacin

1 Cemento Usado para hacer pollos y fi jar estructura al suelo

2 Tubos de Fierro De 3pulgs. Usado en estructura

3 Tubos de Fierro De 1 3/4pulgs. Usado segunda pieza de hlice

4 Tubos de Fierro De 1 1/2pulgs. Usado en eje de hlice

5 Perfi l cuadrado de Fierro

De 25mms. Usado en tensores de aspas y base eje secundario

6 Argollas de Fierro Aplicados en perfi les cuadrados, para tensar tela, sogas y piolas.

7 Rodamiento De descanso de 40mms. N UCP-208

8 Rodamiento De descanso de 1pulg. N UCP-205-16

9 Partes de Lata Hechas en hojalateria, proteccin de rodamientos

10 Tubo de Acero Eje secundario con luz, tambin mecanizado

11 Pieza de Acero mecanizada

Piea especial con pasador incluido, para anexar rueda de bicicleta a eje princi-pal

12 Piola de Acero Para contraterestar tensin de aspas sobre hlice

13 Soga de Nylon Para amarrar aspas a hlice

14 Tela de Tafetn Material para intemperie til como cortaviento

15 Correa Usado para reforzar tafetan

16 Ojetillos Para reforzar punto de amarre en aspas a hlice

17 Terciado marino Resistente a intemperie, usado en discos de la parte luz de Eoluz

18 Pinturas al oleo Pinturas n:1123,1081,851,732,680,613 y Negro, marca Sipa

19 Pintura de proteccin para fi erro

Pintura para limpiar, proteger y dar color base negro opaco a metal, marca Renner Premium

20 Hilo sin fi n 15mms. Para fi jar UPC-208 a estructura

21 Golillas Para perno de 15mms.

22 Tuercas Para perno de 15mms.

23 Hilo sin fi n 6mms. Para fi jar discos luz a eje secundario.


25 Golillas de presin Para perno de 6mms. Estos crean presin para evitar desliz de tuercas


27 Tuercas de seguridad Para perno de 6mms. Con argolla plstica dentro para evitar que se suelten

28 Pernos 3mms.



31 Pernos 12mms.


33 Golillas de presin Para perno de 12mms. Estos crean presin para evitar desliz de tuercas


35 Tuercas de seguridad Para perno de 12mms. Con argolla plstica dentro para evitar que se suelten

36 Correa A116 Usada para transmitir movimiento de hlice a luz

37 Rueda de bicicleta Aro 22

38 Rueda de bicicleta Aro 12

39 Tuercas De 3/8pulgs para fi jacin de ruedas de bicicleta


41 Golillas de Asbesto Para perno de 10mms. Usados para dar mayor friccin entre tuercas y soporte de ruedas de bicicleta

42 Perfi l C de Fierro Perfi l de 200x60mms parte alta de estructura

43 Perfi l rectngular Fierro De 1 1/2x3/4pulgs. Usado como costilla para perfi l C.

Tabla 1,1

32


Planimetra23

72

1108

2879

Vistas GeneralesEscala 1:20

33

2291

34


14902200

964

35


Isomtrica

37

Des

pies

e

38


Hlice20

961462

1352

410

300

R19

35

39

Detalle AEscala 1 / 10

A

44

68

8850

375

300

40


Base22

4214

7571

81108

200

600308

762

109

136

850

1076

1490

1239

150

150 5

12

41

850

200

20

9

38

100

100

80

136

52

200

130

R26

100

70

7013

060

60

49

TechoEscala 1:8

42


1273

1153

120

2511

4438

R5

11

185 54

40

R9

140 39

25

R6

150

80

40

30

109

150

5180

12

Adaptador rueda de bicicleta, eje secundario, rodamientos y techos de rodamientos del eje

secundarioEscala 1:8

43

576334

400

350

300

375

325

275

R170 R158

R145 R133

R125 R115

Ruedas/poleas y discos luzEscala 1:8

44


AspaEscala 1:10

45

Cabe destacar que en esta planimetra no se considera el espacio para los dobleces ni las aletas adicionales que hubo que hacer para poder unir estas piezas.

Estas franjas son los fragmentos de tla a recortar y luego cocer entre ellas para poder obtener la forma del aspa, la que al estar tensa forma una superfi cie de curva, volumtrica, en vez de un lienzo recto.

46


47

Anexos

En esta seccin se presentarn los contenidos, estudios y propuestas de las etapas 1 y 2 de Eoluz, en la etapa 1 se ver principalmente el estudio del viento y la forma de las turbinas, y el proceso de construccin de una serie de hlices. Luego en la etapa 2 se mostrar el comienzo de la construccin de Eoluz como tambin el concepto con el que este empieza antes de volverse escultura cintica, cosa que ocurre entrado la etapa 3, que es la que compone el resto de esta carpeta, a modo de registro se agrega una corta seccin al fi nal de este anexo con la exposicin de la tercera etapa.

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Etapa 1

En esta etapa es cuando se presenta el viento como tema de estudio, de este punto en adelante se maquetea la posibilidad de un generador elico porttil, concluyendo la etapa en un estudio de la forma de las aspas y algunos clculos fsicos relevantes a esta.

A continuacin se ver presenta lo estudiado, expuesto y fi nalmente concluido al fi nal de esta etapa.

El Viento

Defi nicin del Viento

Se defi ne como viento al fl ujo de gases a gran escala en la atmsfera, en el caso de la Tierra: el aire. Su origen viene de la conveccin, la rotacin del planeta, y de los cambios de temperatura causados por los ciclos da/noche.La conveccin es una de las 3 formas de transferencia del calor (imagen 2,3), que consiste en el movimiento de un fl uido causado por un Imagen 2,1

49

foco de calor, esto porque un mismo fl uido tiene distintas densidades dependiendo de su temperatura, y estas distintas densidades defi nen la ubicacin de sus unidades en un espacio.

Normalmente un foco de calor, inmerso en un medio, por ejemplo el aire, calentar el fl uido aledao al foco de calor, el que se elevar por volverse menos denso que el resto del medio que esta fro, y al hacerlo empujar al fl uido fro que tomar la posicin al lado del foco de calor y se calentar formando un fl ujo, un ciclo. Este fl ujo se puede observar en la Tierra en 2 formas, una global y otra local, como se ilustra en la imagen 2,2 y 2,1 respectivamente.

Por otro lado, tambin esta el hecho de que toda materia cerca de un planeta es atrada por la gravedad hacia su superfi cie, esto incluye al

aire, pero el aire es un fl uido y por ende no sera capaz de mantenerse fi jo sobre una superfi cie determinada, por ende si el planeta gira, desde el suelo puede dar la impresin de que el aire se mueve, pero este puede estar esttico visto desde fuera del planeta, pero a su vez el aire esta en movimiento en un fl ujo, dndose a lugar el efecto Coriolis, vease imagen 2,4.

Medicin del vientoLa medicin del viento consiste en 2 cosas esencialmente, su direccin y velocidad, para ello estn las siguientes herramientas:

Anemmetro: Aparato par medir la velocidad del viento, se usa en conjunto con

Imagen 2,2

Imagen 2,3

Imagen 2,4

50


veletas y otras herramientas para hacer estudios climticos. El viento empuja las paletas haciendo girar el pequeo eje, rotacin que es medida actualmente por computadoras (imagen 2,5).

A principios del siglo 19, Sir Francis Beaufort de la Royal Navy inglesa crea la escala Beaufort (tabla 1.1), en donde se establece una escala de condiciones cualitativas (no cuantitativas) del viento yendo del 0 al 12 (desde la clama a temporal huracanado), para indicar como un navo actuara bajo ellas, con el tiempo y la aparicin del anemmetro a esta escala se le asignan valores cuantitativos y una descripcin cualitativa del efecto del viento en tierra fi rma tambin.

Veleta: Esta indica la direccin del viento, es usada tanto por estaciones meteorolgicas, pero tambin era comn verlas en techos de algunas casas, en donde tambin tenan los puntos cardenales defi nidos como referencia (imagen 2,6).

Manga da Viento: Ms que herramienta de medicin,

es una herramienta de visualizacin, al ver en que posicin esta manga es elevada por el viento uno es capaz de determinar a simple vista si las condiciones son aptas para algn tipo de circunstancia, como es el vuelo en los aeropuertos por ejemplo (imagen 2,7).

P r i m e r o s MolinosLos molinos de viento ms antiguos datan del ao 200 antes de Cristo, un ejemplo de occidente es un molino de Heron de Alexandria, usado para alimentar un rgano. En cambio en el oriente, en el Tibet, desde el siglo 4 A.C. existen las ruedas de oracin, eran rodamientos verticales que tenan en sus superfi cies

Imagen 2,5

Imagen 2,6

Imagen 1,7

H i s t o r i a de los generadoreselicos

51

los mantras que los monjes rezaban, que giraban gracias al viento.

El uso mecnico del vientoSin embargo los primeros molinos con una fi nalidad prctica aparecen en Sistn, un pueblo de Persia (actualmente Irn/Afganistn), en el siglo 7 despus de Cristo. Eran molinos de tipo vertical usados para moler maz y caas de azcar. Mas no hay evidencia arqueolgica ni documentada de que este diseo se hubiese esparcido

hasta ms all de Al-Andalus (Espaa islamica), al oeste. Otros estudios indican que la aparicin de los molinos verticales en Europa estn ms relacionados por la expansin del imperio Byzantino y las Crusadas.

Las primeras referencias de molinos en Europa datan de fi nales del siglo 12, estos siendo molinos de eje horizontal, en la zona del norte de Francia y del sur de Inglaterra. Ya que el viento cambia de forma constante su direccin estos fueron hechos para poder orientarse hacia el viento. Algunos estudios indican que el diseo de estos molinos pudo provenir del de los molinos de agua.

Secuencia de imagenes de molinos historicos:

Imagenes2,8: rueda de oraciones del Tibet2,9: Molinos Persas2,10: Molinos europeos de la Edad Media2,11: Primera turbina elica2,12: Fotografa de Embarcacin Chance con turbina elica incorpo-rada 2,13: Turbina de Yalta de la URSS2,14: Turbina Smithputnam EE.UU.

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E l e c t r i c i d a d elicaHacia fi nales del siglo 19, en 1887, en Escocia James Blyth construye el primer molino de viento capaz de generar electricidad, se uso para cargar bateras. Pero el primer molino hecho para generar energa elctrica a nivel produccin fue Charles F. Brush, en Cleveland, Ohio, en 1888. Para 1908 haban 75 de ellos capaces de generar entre 5 a 25 kwatts. Se experimentaron varias posibilidades de generacin elctrica, incluyendo la generacin a bordo de embarcaciones, como es el caso del Chance, aqu ilustrado. Hasta los aos 30 era comn que las granjas tuviesen sus propios molinos de electricidad, dado que redes de distribucin como las actuales an no existan.

El precursor del diseo actual de los generadores elicos aparece en 1931, Yalta en la URSS (Unin de Repblicas Socialistas Soviticas). Era un generador de 30 metros de alto capaz de generar hasta 100 kwatts. Su factor de planta era del 32%,

no muy distinto al de las actuales (este valor es un cociente entre la energa real generada en un periodo y la energa mxima capaz de generar en mismo periodo).

A fi nes de 1941, en Vermont, aparecen las primeras turbinas capaces de generar megawatts, la turbina Smith-Putnam llega a los 1.25 mwatts, pero sufre de fallas crticas despus de 1100 horas de trabajo, por causa de la guerra no se pudo reparar por no haber materiales, fue la turbina ms grande jams construida, hasta 1979.

El desarrollo de energa elica a mediados del siglo 20 estuvo relacionada con bsqueda de fuentes alternativas de recursos a causa de las guerras y las variaciones del precio del petroleo y el carbn, que eran las principal fuente de energa elctrica (al menos antes de la energa nuclear), y no es hasta fi nales de siglo y comienzos del siglo 21 que no aparece el enfoque medio-ambientalista.

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Fuerza Nombre Descripcin marina Descripcin terrestre Velocidad (kmh)

0 Calma total Mar como un espejo Sin movimiento de rboles, el humo asciende verticalmente

0 a 1

1 Aire ligero Olas sin crestas Sin movimiento de rboles, el humo tiende a ladearse

1 a 5

2 Brisa ligera Olas con crestas pequeas que no llegan a romperse

Movimiento ligero de ramas, las banderas empiezan a moverse

6 a 11

3 Brisa agradable

Olas de mayor tamao, a veces las crestas se rompen y empieza a aparecer un poco de espuma ocacional

Ramitas y hojas en movimiento constante, banderas pequeas extendidas.

12 a 19

4 Brisa moderada

Las olas tienden a generar espuma con frecuencia y a ser ms grandes

Ramas se mueven y las banderas mayores se extienden

20 a 29

5 Brisa fra Olas de tamao moderado y largas, bastante espuma y a veces salpican hacia tierra fi rme

rboles pequeos oscilan, ls banderas fl amean

30 a 38

6 Brisa fuerte Algunas olas grandes, en la cresta de estas tambin hay espuma

Ramas mayores se mueven 39 a 50

7 Casi vendaval

Mar picado, el viento puede llevar lejos la espuma que salta al estrellarse las olas

rboles enteros oscilan con el viento

51 a 61

8 Vendaval Olas grandes y largas rompen formando remolinos Algunas ramas menores empiezan a romperse

62 a 74

9 Vendaval fuerte

Olas grandes que rompen violentamente, a causa de la espuma que salta la visibilidad se reduce

Ramas de rboles se rompen y techos de paneles empiezan a volarse

75 a 86

10 Tormenta Superfi cie del mar parece blanca por la espuma, baja visibilidad

Algunos rboles caen, dao en algunos edifi cios

87 a 101

11 Tormenta severa

Olas de altura escepcional, capaces de pasar por encima de embarcaciones menores

Dao generalizado a rboles y edifi cios

102 a 120

12 Huracan Espuma y agua en el aire prcticamente anulan la visibilidad

Dao generalizado severo 121 y ms

Tabla 2,1

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Componentesde ungenerador

Transformador aerodinmico a mecnico

La primera etapa de la obtencin de energa es transformar el movimiento del aire, un fenmeno aerodinmico, concerniente a la fsica de fl uidos, a un tipo de movimiento de carcter mecnico, para esto se necesita un transformador de tipo.

Actualmente existen 3 grupos de transformadores de energa elica a mecnica, aquellos que hacen girar una turbina anexada a un eje vertical (siglas VAWT del ingles Vertical Axis Wind Turbine), aquellos que hacen girar una turbina anexada a un eje horizontal (siglas HAWT del ingles Horizontal

Axis Wind Turbine), y aquellos que hacen vibrar una membrana por medio de un fenmeno conocido como oscilacin aeroelstica (Ver imagenes 2,15 y 2,16, este tema se retomar ms adelante).

Efi ciencia de un transformador aerodinmico a mecnicoMedicin de efi cacia de una turbina

El limite de Betz:En 1919 Albert Betz determino que no es posible disear una turbina capaz de convertir ms que la 16/27 parte de la energa cintica del viento (un 59.3%) a energa mecnica haciendo girar un rotor. No por inefi ciencias en la generacin sino por los molinos mismos (imagen 2,17).

Esto viene del hecho estos rotores obtienen energa mecnica de la cintica del viento, osea que el viento que pasa por el molino se ralentiza en la medida que el molino gira. Si uno quisiese tener el 100% de la energa eso implicara detener el viento por completo, para lo cual el molino sera una especie de pared, pero al

Imagen 2,15Transformadores elico-mecanico,

savonius VAWT, hlice HAWT y dar-rieus VAWT respectivamente.

Imagen 2,16Windbelt, transformador elico

mcanico basado en oscilaciones.

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ser as no girara tampoco, por otro lado, en el caso de una hlice de un aspa, la gran mayora del viento ni siquiera entra en contacto con el aspa, por lo tanto ninguna conversin se da en ese caso.

Siendo la efi ciencia mxima de una turbina de solo el 59%, esto es en una situacin idlica, ya que las turbinas de viento mejor diseadas oscilan entre el 35% y 45%, y agregando los dems factores como las inefi ciencias mecnicas, los rodamientos, de los generadores mismos, transmisin de las fuerzas, etc.al fi nal solo entre el 10% y 30% de la energa del viento termina transformndose en energa elctrica.

Proporcin velocidad de la punta del aspa (TSR) (smbolo fsico: (lambda)) (tip speed ratio), (imagen 2,18):

Esta relacin mide la velocidad del viento y la velocidad tangencial de la punta de las aspas, cuando el valor es 1 implica que la velocidad del viento es

equivalente a la velocidad de la punta de un aspa, un nmero inferior indica que el viento es ms veloz de lo que gira el rotor, un nmero mayor indica lo opuesto, que el aspa va a una velocidad superior a la del viento.

Si el rotor girase muy lentamente el viento pasar el rededor de las aspas sin verse afectado, en cambio si estas giran ms rpido el viento puede chocar contra el rotor como contra una pared. Esto porque cuando un aspa pasa por un determinado punto, esta corta el aire generando una zona de turbulencia, si la siguiente aspa pasa por esta zona antes de que la turbulencia se esfume, se pierde efi ciencia al no estar recibiendo la fuerza del viento propiamente tal. Adems esta el riesgo de la aparicin de vibraciones que pueden llevar a la destruccin del molino.

Proporcin velocidad de la punta del aspa ptimo:

Esto depende del nmero de aspas, mientras menos tenga, ms rpido deber girar el rotor para sacarle el

Imagen 2,17

Imagen 2,18

Imagen 2,19

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mejor provecho a la fuerza del viento, por el contrario, mientras ms aspas tenga la velocidad deber ser menor.De forma emprica se ha demostrado que la proporcin optima para la obtencin de fuerzas mximas esta dado por:

En donde n es el nmero de aspas.

Una hlice bien diseada de 3 aspas debera tener una proporcin entre 6 a 7, siendo una normal/mediocre de unos 5.

Transformado mecnico a elctricoAl igual que todo tipo de central elctrica, lo que hace el generador elico (la turbina o molino) es hacer girar un eje a altas velocidades, el cual va conectado a un transformador de tipo mecnico a elctrico, el que se conoce como alternador, o dnamo dependiendo del tipo de corriente que entrega.

Generalmente es necesario

hacer una transformacin adicional a la energa mecnica de a turbina, ya sea para aumentar o disminuir las revoluciones que se obtienen utilizando sistemas de poleas o de engranajes, cajas de cambio.

El rotor del alternador (la pieza que gira) es un eje que lleva un elemento que induce un campo magntico al girar, este campo magntico afecta al estator del alternador (la parte fi ja), en el cual hay bobinas, y en estas se crea un campo electro-magntico inducido, el cual es transformado en electricidad de corriente alterna fi nalmente.

Defi niendo corriente elctrica

La corriente elctrica es el fl ujo de electrones a lo largo de la materia, o la taza de cambio de este fl ujo, esto en general situndose en fi lamentos de material conductor (como el cobre, la plata, el oro, entre los mejores conductores). Este fl ujo es causado por una diferencia de potencial elctrico entre ambos extremos del fi lamento

Imagen 2,20Foto turbina darrieus

Imagen 2,21/2,22Fotos turbinas savonius y hlice.

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o cable, los electrones irn del extremo en donde hayan ms al extremo donde hayan menos para generar un balance entre ambos extremos (imagen 2,30).

Al circular la corriente a travs de un fi lamento, alrededor de este se genera un campo electromagntico, del mismo modo, si uno genera un campo electromagntico sobre un cable, sobre todo sobre uno que este formando un anillo o bobina ya que esta fi gura potencia este fenmeno, uno puede inducir una corriente, y al hacer oscilar el campo magntico, la corriente (o mejor dicho los electrones) ira en un va y ven, esto ltimo es lo que se conoce como corriente alterna o AC.

La corriente continua, o DC, es un producto elaborado de la corriente alterna, se logra usando rectifi cadores y conmutadores, de tal forma que se parte del va y ven de los electrones sea usado de tal forma que su potencial sea invertido, lo que luego se rectifi ca, generando corriente continua, una corriente de electrones que solo va en un sentido (vease imagen 2,31).

Historia de generadores elc-tricos

Los fundamentos de la generacin de la electricidad, como se describe anteriormente, fueron descubiertos entre 1831-1832, por el cientfi co ingles Micheal Faraday.

En 1832 el primer dnamo fue hecho por Hippolite Pixi. El dnamo es un generador de corriente continua, es uno de los primeros generadores elctricos capaz de generar cantidades tiles de energa (a nivel industrial), usando conceptos electromagnticos entregaba corriente de pulsos, esto porque se deseaba evitar la corriente continua y para ello se utilizaron conmutadores (imagen 2,25).

La creacin de este fue la base para la invencin del motor DC, el motor AC y el alternador (imagen 2,26).

Imagen 2,23/2,24 Fotos turbina americana y grfi co

comparando la efi cencia de distintos tipos de molinos.

Imagen 2,25

Imagen 2,26

Imagen 2,27

Imagen 2,28/2,29

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Los dnamos y la corriente DC fueron reemplazados por la distribucin de corriente AC (por alternadores) y la existencia de transformadores AC-DC de estado solido (como el de celulares y notebooks). Siguen usndose en aplicaciones menores como el dnamo de las bicicletas (imagen 2,28).

La primera demostracin de un alternador til aparece en 1886 hecho por Faraday, pero no es hasta 1891 cuando Nikola Tesla patenta el primer alternador con una frecuencia productiva, ese mismo ao aparecen los alternadores de mltiples fases.

El alternador es un generador de corriente alterna, similar al dnamo, solo que sin los conmutadores, en el estator estn ubicados las bobinas, y en el rotor esta el magneto,

al hacer girar el magneto la corriente empieza a oscilar en las bobinas generando la corriente alterna (imagen 2,27 y 2,33).

Las bobinas se ordenan en pares de un lado y otro del rotor, y cada par se distancia de forma geomtrica de los demases siendo cada par una de las fases de la corriente alterna, el control de estas y la distribucin de la corriente alterna a lo largo de grandes distancias se logra gracias a estas distintas fases y la sincrona de ellas.

Transformadorelctrico a lumnicoExistiendo varios tipos de transformadores de tipo elctrico a lumnico, se opta por estudiar los de tipo incandescente, como lo son los las ampolletas, y tipo electroluminiscente, o los LEDs (del las siglas inglesas: Light Emitting Diode, imagen 2,32).

Incandescente:La ampolleta genera luz

Imagen 2,30

Imagen 2,31

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como subproducto del calentamiento de un fi lamento suspendido en el vaco (este vaci es para que el fi lamento no entre en combustin, sin aire no hay fuego), este calentamiento es causado por el efecto Joule, que se refi ere al calentamiento de un material por un fuerte fl ujo de electrones a travs de su volumen.

Inventada por Thomas Alva Edison en el 21 de octubre de 1879, en Estados Unidos, aunque en 1855 el aleman Heinrich Goebel tambin haba patentado la suya propia, seguido por el ruso Alexander Lodiguin en 1874, Edison logra construir la primera que fue factible mandar a produccin masiva.

La ampolleta, en el mejor de los casos, transforma solo el 25% de la electricidad en luz, el 60% en calor y el resto en un espectro lumnico no perceptible por el ojo humano, su baja efi ciencia ha hecho que en algunos pases de Europa empezar su prohibicin a favor de las de bajo consumo, aunque a modo de laguna legal se esta re-introduciendo como

calefactor.

Electroluminiscente:Los LEDs fueron creado en 1927, por Oleg Vladimirovich Losev, pero no es hasta los aos 60s cuando estos llegan al mercado. Fue utilizado masivamente para emitir rayos infrarrojos y as controlar otros aparatos a distancia, a modo de controles remotos, tambin para hacer luces de pequeo tamao para indicar si los electrodomsticos estaban encendidos o no. Inicialmente no era posible obtener luz que no fuese de colores, pero a fi nes de siglo 20 se consigue hacer LEDs que emitiesen luces azules a ultravioleta, la que despus lleva al LED blanco luz de Luna.

Imagen 2,32/2,33

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Un LED funciona igual que un diodo, que es un componente electrnico semiconductor, el cual solo permite la circulacin de la corriente elctrica en 1 solo sentido (osea no funciona bien con corriente alterna), y tiene tambin la propiedad de no dejar fl uir la corriente si no hay un mnimo de voltaje. El LED le agrega al diodo el hecho de que cuando deja fl uir la corriente, luz es emitida.

Ventajas de los LEDs sobre las ampolletas:

-Menor consumo de energa comparando con las incandescentes.-Su efi ciencia no es afectada por el cambio de tamao.-No dejan de funcionar espontneamente sino que se vuelven paulati-namente menos lumino-sos.-Larga vida til, entre 35.000 y 50.000 horas de trabajo, versus los tubos fl uorescentes que logran entre 10.000 y 15.000, y las incandescentes que llegan solo a las 1.000 y 2.000 horas.-Altamente resistente a golpes, por

estar compuestos de materiales en estado solido, y no cristalino como en las incandescentes. -Prendido y apagado rpido, a diferencia por ejemplo de los tubos fl uorescentes y algunas ampolletas.-Materiales no contienen materiales txicos que se puedan liberar al am-biente, como el mercu-rio de los tubos fl uores-centes.

Desventajas:

-Precio ms elevado, si se compara los lmenes producidos versus el costo de forma directa, dado que es necesario una circuito y fuente de poder especialisada.-Necesidad de voltajes especfi cos y estables, si no se asigna bien es posible habra perdida de efi ciencia.-Son capaces de destru-irse por el mismo calor que emiten, por ende es necesario controlar el voltaje y equipar un sistema de ventilacin apropiado.-Espectro de luz generado por LEDs

Imagen 2,34LEDs de alta potencia

Imagen 2,35Tipos de LEDs

Imagen 2,361-Exterior de vidrio2-Gaz inerte de baja presin (argon, nen, nitrogeno)3-Filamento de tungsteno4-Cable contacto (hacia exterior)5-Cable contacto (hacia interior)6-Alambre de soporte7-Conducto de refrigeracin y soporte interno del fi lamento8-Base de contacto9-Casquillo metlico10-Aislamiento elctrico11-Pie de contacto elctrico

Imagen 2,37LEDs azules

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de alta intensidad es distinto al del emitido por el sol y otras fuentes de luz antes inventadas, el de estos LEDs puede ser daino y causar el fenmeno conocido como contaminacin azul.-La luz emitida por los LEDs tiene un carcter ms bien lineal, haci-endo los LEDs malos para emitir luz de modo radial.-Existen algunas luces de tipo fl uorescente que son ms efi cientes ig-ual.

Sistemas de regulacinUsando el mismo concepto de las veletas o paletas de viento, en la maqueta hecha se le da al cuerpo libertad

de giro en 1 eje, este siendo controlado por una cola, una veleta, de este modo la veleta sigue la direccin del viento, moviendo consigo la direccin de la hlice.

Cabe destacar que tanto el transformador aerodinmico-mecnico como el mecnico-elctrico tienen limitaciones, si no hay sufi ciente excitacin estos simplemente no trabajaran o no rendiran de forma sufi ciente, pero a su vez, el exceso de ingreso energtico produce daos al sistema, es por esto que la veleta se pens como un sistema que se pudiese regular.

Por defecto la veleta esta en 90 de la hlice, esta posicin le permite captar el mximo de viento aprovechndolo en su totalidad, esta posicin corresponde a cantidades de viento bajas hasta la

mxima que soportara el generador. En la medida que el viento fuese ms veloz, es necesario cambiar el ngulo de la veleta, esto hace que el ngulo de la hlice respecto al viento deje de ser el ideal, reduciendo la cantidad de energa recibida (imagen 2,38).

Sin embargo este sigue siendo un sistema de regulacin manual, los generadores elicos de escala industrial usan sistemas computarizados para controlar la direccin de la hlice, haciendo girar otros motores a distancia, y tambin usando sistemas de frenos alrededor de los ejes.Investigando sistemas automticos mecnicos, un mtodo que sera relevante seguir estudiando a futuro, sera como el que se muestra aqu arriba.

Imagen 2,38

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Losprimeros PrototiposPara la creacin de la ma-queta propuesta, se hicieron 2 intentos antes de pasar a estudiar la turbina o molino propiamente tal, el objetivo de estas etapas fue el de ver a escala real las propor-ciones del generador elico porttil.

Primer modeloMateriales: barra de madera de 2 mts x 30 mm 2 bisagras 8 pernos golillas y tu-ercas 4 tornillos 4 clavos tubo de PVC motor DC de casetera de 9 volts Restos de: terciado liston de pino placa de metal galvanizado carton corru-gado

Costo total aproximado: 6,000 pesos

Altura total: 2.50 metros app.

Imagen 2,39/2,40Primera maqueta y aspa de PVC

Imagen 2,41/2,42/2,43Acercamientos al cuerpo y generador

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Este aerogenerador usa la hlice de las primeras prue-bas, si bien an carece de los circuitos apropiados para ser utilizable (solo circuitos de prueba hasta ahora) en teora debiese ser capaz de generar un mximo de 9 volts, ms que sufi ciente para alimentar 6 pilas recar-gables AA (y AAA), encender LEDs, y probablemente car-gar la batera de celulares estndar (estos son de 3.7 volts), aunque esto ltimo no se recomienda, al menos en esta etapa del proceso, el voltaje no es sufi ciente para cargar bateras de notebooks ya que estas rondan los 10 Volts.

Se estima que el tiempo de carga no debiese ser supe-rior al de 10 horas, pasado ese tiempo se corre peligro de sobrecalentamiento y dao permanente a las pilas por sobrecarga (suele pasar si uno olvida desconectar los aparatos recargables de forma comn). Este dao se traduce solo en la reduccin del tiempo de las pilas carga-das.

ObservacionesLos materiales de este mod-elo resultan ser demasiado dbiles y ligeros incluso para una primera prueba real ante el viento, pero fue posible medir el rendimiento de for-ma cuantitativa de la primera hlice de PVC hecha, estos resultados estn al reverso en la seccin correspondi-ente, aparte de eso este dis-eo tiene la hlice conectada directamente al generador, esta construccin no solo resulta muy frgil sino que adems hace que el conjun-to apenas logre generar una mxima de 2.5 Volts, siendo que se podra llegar a obten-er hasta 9 volts.

Este modelo se puso a prue-ba el da 15 de Octubre 2010, frente al faro de Playa Ancha, Valparaiso. Con un viento que oscilaba entre los 9 a 25 Km/h.

Pginas de referencia:ht tp : / /www.meteored.c l /t i e m p o - e n _ Va l p a r a i s o -Amer ica+Sur-Chi le -Va l -paraiso--1-18577.html h t t p : / / w w w. m e t e o r e d .m x / c l i m a _ Va l p a r a i s o -America+Norte-Mexico-Za-catecas--1-21806.html

Imagen 2,44/2,45/2,46/2,47/2,48Acercamiento,vistas y componentes,

comparacin de una misma pieza

64


Segundomodelo

Materiales: barra de madera de 2 mts x 30 mm bisagra 9 pernos golillas y tu-ercas 3 tornillos 2 clavos 1 hilo sin fi n con 2 tu-ercas y 2 golillas tubo de PVC motor DC de casetera de 9 volts Restos de: terciado listn de pino placa de metal galvanizado

Costo total aproximado: 6,000+ pesos

Altura total: 2.60 metros app.

Este molino responde a las problemticas encontradas en el diseo anterior, hacin-dose ms robusto, agregn-dole una cola con la que se

puede controlar el ngulo de la hlice respecto al viento y fi nalmente la separacin de los ejes de la hlice del del motor, instalando un sistema de poleas.

Es en base a este con el que se revisan los temas previa-mente tratados, y usando el sistema de poleas se logra aumentar la generacin elc-trica al rango de 3.8 y 6 volts, la prueba fue hecha el da 15 de Octubre 2010, frente al faro de Playa Ancha, Val-paraiso. Con un viento que oscilaba entre los 9 a 25 Km/h.

Para la relacin de las poleas se hicieron los siguientes clculos, era necesario por lo menos triplicar (se intent quintuplicar) los RPM en-trantes al motor:

Vel ngular = 2PI / Tiempo Vel Tangencial = m/sVel n Hl = 1000 RPM = 16,6 HertzVel n Rot = 5000 RPM = 83,3 HertzVel Tan Polea Hlice = Vel ng Hl x Radio Pol Hl

Imagen 2,49Segunda maqueta

Imagen 2,50/2,51Acercamientos

65

Vel Tan Polea Rotor = Vel ng Rotor x Radio Pol Rotor

Pero:Vel Tan Polea Hlice = Vel Tan Polea RotorVel ng Hl x Radio Pol Hl = Vel ng Rotor x Ra-dio Pol RotorSi reemplazamos los valores que conocemos:16,6 x Radio Pol Hl = 83,3 x Radio Pol Rotor

Por lo tanto:Radio Pol Hl / Radio Pol Rotor = 83,3 / 16,6 = 5Independiente del tamao de las poleas, estas deberan es-tar en una relacin de 5:1 la una de la otra.

ObservacionesEl aumento del voltaje no fue el esperado, solo oscilando entre los 3.8 y 6 volts, re-specto a esto un colega de la escuela de ingeniera, Fran-cisco Gallardo, comenta que la generacin de electricidad puede no ser un fenmeno que tenga un comportamien-to linear predecible, sino ms bien tenga un comportamien-to ms bien exponencial o logartmico, esto signifi ca

que el motor usado puede producir electricidad muy baja si no gira lo sufi ciente-mente rpido, aumentando su voltaje de forma sbita en la medida que llega a la ve-locidad indicada (exponen-cial), o por el contrario con pocas velocidades aumenta rpidamente hasta llegar a cierto voltaje, despus del cual llegar al voltaje mximo implica acelerar mucho ms la rotacin de lo que fue ini-cialmente (logartmico).

Es importante decir que si bien uno puede seguir cam-biando la relacin de las poleas y aumentando la efi -ciencia de la hlice, si uno pasara de largo, por decirse de algn modo, el exceso de alimentacin al genera-dor puede causar su mal funcionamiento, por ende es necesario que el diseo de este objeto no se enfoque a llegar al tope de la produc-tividad, sino que llegar a un rendimiento optimo dentro de la energa necesitada y bajo el mximo, lo que sera el margen de juego de proba-bilidades.

Imagen 2,52/2,53Acercamientos

Imagen 2,54/2,55Detalle primer circuito de prueba y eje

principal

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Modelos de molinos

Savonius

El molino savonius, o tipo veleta, fue inventada por Sigurd J. Savonius en el ao 1922, en Finlandia. Es un tipo de rotor, consistente en velas o palas anexadas a un eje rotatorio vertical, por lo que es catalogada dentro del tipo VAWT (Vertical Axis Wind Turbine), de tal forma que el viento empuja estas velas haciendo girar el eje.

La ventaja que tiene sobre la hlice es que no necesita ser ubicado a grandes alturas, funcionando a ras de suelo o a la altura de una casa de 1 piso, lo que facilita mantenimiento, pueden aprovechar forma del terreno

para amplifi car la corriente de viento que reciben, y no necesitan mecanismo de orientacin, ya que son capaces de recibir viento desde cualquier direccin.

La desventajas son que no pueden aprovechar los vientos de grandes alturas porque no se pueden elevar, y al ser de eje vertical pierde app un 50% de la energa elica, comparndola con una hlice.

Teniendo el concepto de la fsica de un ala o aspa en el viento, obtiene su giro de la fuerza de resistencia, esta transformacin de fl uido a mecnica genera un fuerte torque y velocidades de giro ms bien bajas, haciendo este tipo de molinos poco tiles para la generacin de electricidad, al menos no a la escala de kilo-watts, pero para aplicaciones domsticas de pequea escala siguen siendo una posibilidad.La efi ciencia de este tipo de molinos es de solo un 15 %, es ms til como molino de agua u otras aplicaciones mecnicas donde se requiera

Imagen 2,56Turbina Savonious

Imagen 2,57Turbina Lenz

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fuerza y no velocidad. Su TSR generalmente es inferior a 1.

Darrieus

El molino darrieus es de tipo VAWT tambin, inventada por Georges Jean Marie Darrieus, en el ao 1931 en Francia.

El molino de tipo darrieus, bajo el concepto de la fsica de un ala o aspa en el viento, obtiene su giro de la fuerza de sustentacin, usando las diferencias de presin jalen de estas superfi cies, haciendo girar el eje.

El propsito de este modelo era hacer un trabajo ms efi ciente, a nivel terico es tan efi ciente como las hlices, sin embargo su diseo no trabaja bien con vientos de velocidad variable, y es difcil de implementar hacindola poco prctica, no soporta vientos muy fuertes y es necesario echarla a andar de forma manual.

Su giro no tiene mucha fuerza (torque), pero puede obtener grandes velocidades con facilidad. Fcilmente su

TSR puede ser superior a 1, lo que hace este tipo de molinos mucho ms aptos que los de tipo savonius para la generacin de electricidad, pero poco tiles como bombas de agua u otros trabajos mecnicos.

Construccin de turbinahbridas a v o n i u s -darrieus,el modelo LenzEste modelo en particular de molino darrieus se carac-teriza por modifi car los ale-rones, removiendo la parte plana del lado exterior de es-tos, formando unas especies de palas similares a las que tienen los modelos savonius, pero con la disposicin de la curvatura y la parte plana in-terior basta para mantener el trabajo como un modelo dar-rieus, osea se obtiene la ve-locidad de un darrieus, o sim-ilar, y se gana la posibilidad de una ignicin automtica como la de los savonius.A modo de experimentacin

Imagen 2,58Turbina Darrieus

Imagen 2,59Turbina Darrieus

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se construye fi nalmente este modelo, construyendose si-guiendo las indicaciones gen-erales dadas en la siguiente pgina:

http: / /windstuffnow.com/main/vawt.htm

Dimensiones: 80 cm de alto 30 cm de dimetro ala de 7 cm de dimet-ro el ataque y 13 cm de largo del centro a la cola 950 gramos

Materialidad: Trupan Cartn corrugado

Como se describe en la p-gina este modelo es capaz de girar solo y a grandes ve-locidades, con un TSR con el que fcilmente se puede generar electricidad, sin em-bargo su altura hace que sea difcil de sustentar, neces-itando ser sujetado por arriba y abajo; tambin el problema del transporte se hace inme-diatamente presente, a me-nos que se estudie un modo de hacer este objeto desen-samblable.

Observaciones:

Este tipo de molinos tienden a hacerse de grandes altu-ras y de reducidos dimet-ros, esto parece coincidir con el hecho de que las alas de los aviones son largas por un lado, y por el otro por ser inconveniente el crecimiento radial, pensndolo bien no es solo problema de espacio, sino que a mayores radios, si bien la velocidad tangencial podra ser alta, la velocidad angular, la que fi nalmente importa, se reduce en la me-dida que crece el radio.

Wingbelt

El modelo WindBelt fue in-ventado por Shwan Frayne en 2007, en EE.UU. Actual-mente esta tratando de levan-tar una empresa para llevar su invencin al uso masivo.

Este es un nuevo tipo de transformador, todava no han salido al mercado al-guna versin comercial, este se basa en la fsica que se puede observar en las arpas elicas, en donde el viento al pasar alrededor de un objeto esbelto (la cuerda) genera una turbulencia, esta turbu-

Imagen 2,60/2,61Maqueta de turbina Lenz

Imagen 2,62Windbelt

Imagen 2,63/2,64Vistas de maqueta de windbelt

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lencia es aprovechada es la que hace vibrar la cuerda. En el caso del windbelt, hay una cinta con propiedades aeroe-lsticas que aprovechan es-tas turbulencias (conocidas como camino de vortices de Krmn) para aumentar las vibraciones.

En estricto rigor el modelo windbelt es el que menos en-erga genera, pero su tamao es comparativamente inferior a los otros modelos: una re-ducida area y espesor, sien-do principalmente largo, por ejemplo el modelo pequeo es app del tamao de un ce-lular, el modelo de tamao intermedio es de un metro de largo, estando el grande que usara un area de 1 metro cuadrado por 5 centmetros de ancho (aunque este no es ms que una serie de mod-elos medios uno al lado del otro).

A diferencia de la hlice que funciona usando en rea cir-cular importante y un mstil, al igual que el svonius y darrieus que tambin necesi-tan un volumen importante para trabajar, el windbelt usa un espacio sumamente redu-cido y las piezas mviles se ubican dentro de su mismo

volumen, es ms, se teoriza que los windbelt pueden ubi-carse en los bordes de edifi -cios altos para aprovechar el viento que los circunda, y por su delgado volumen, pueden pasar relativamente desa-percibidos por la gente.

El creador afi rma que algu-nos de sus prototipos es ca-paz de generar 40 mili-Watts con vientos de 16 kmh, sien-do entre 10 a 30 veces ms efi cientes que generadores basados en microturbinas. Tambin hay que consid-erar el hecho que el motivo de este modelo es obtener energa de forma efi ciente y econmica, l estima poder generar por 1.000 Watts por 0.05 dolares con vientos de 21,6 Kmh (app. 25 pesos chilenos octubre 2010).

Este tipo de generador no puede medirse usando el mismo tipo de formulas que los otros.

Siguiendo fotografas de la web, se crea este modelo a modo de prueba, usando li-stones y cinta adhesiva, que es plegada por la mitad de-jando el punto de pliegue un espacio con aire (burbuja) para darle a la cinta un per-

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fi l algo similar al de una ala, para ver si se puede amplifi -car el efecto.

Dimensiones: 60 cm de largo 5 cm ancho 6 cm de alto 439 gramos

Al hacerle ese bolsillo a la cinta se hace que este gen-erador obtenga un adelante y un atrs, siendo el atrs el lado hacia donde la parte ancha se encuentra, porque claro este generador se basa en las turbulencias elicas, y el ala lo que hace es tra-tar de evitarlas suavizando el extremo fi nal, por ende volte-ando el fi nal al principio y de-jando el ancho (el que corta el aire en la ala) atrs hace que genere turbulencia.

A pesar de esto se decide no seguir insistiendo con los modelos windbelt, principal-mente porque implica la con-struccin del generador elc-trico desde cero, siendo los molinos tradicionales los que permitiran simplemente apli-

Imagen 2,65Vortices de Karmn

Imagen 2,66Esquema de instalacin de windbelt

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car un motor ya existente.

Hlice

La hlices es un molino tipo HAWT (Horizontal-axis-wind-turbine), no hay una fecha clara para su aparicin, es un elemento mecnico de traccin, compresin, sus-tentacin, propulsin y de medicin (no todos a la vez), formado de una serie de pa-las o aspas paralelas entre si, anexadas a un eje rotatorio.

Usado en medios lquidos y gaseosos, al girar el eje se ejerce una fuerza perpen-dicular a la hlice (tambin se puede decir que el eje de rotacin es paralelo al vien-to), el sentido es dado por la orientacin de las aspas. Las ventajas que tienen es que son muy controlables, siendo posible ajustar el ngulo de la aspa, el largo de esta, la altura de la hlice respecto al suelo, aguantan vientos ms fuertes. Las desventajas son que necesitan ser alineadas

al viento, sufren de fatiga de material, y su instalacin puede ser difcil por necesitar grandes alturas.

Conceptualmente hablando, uno puede entender el traba-jo de una hlice de 2 modos distintos, como una especie de tornillo que se mueve en el medio girando, por ejem-plo la forma de las hlices de agua responden ms a este concepto; o como una serie de alas que en vez de desplazarse de forma lineal lo hacen de forma circular, visto principalmente en los helicpteros hoy en da, los hermanos Wright unen am-bos conceptos en la hlice delgada que caracteriza a los aeroplanos, en donde el mo-tivo de la torsin de la pala tiene que ver con la relacin del radio, la velocidad tan-gencial y el ngulo de ataque de la aspa, la cual a su vez posee un perfi l alar variable a lo largo de ella.

Dependiendo del medio o funcin la forma de la hlice, y de su aspa tambin puede tener cambios drsticos,

Imagen 2,67/2,68Hlice marina y hlice de hermanos

Wright Imagen 2,69/2,70

Dibujo de hlice espiral de pequeo submarino. Hlice de una sola aspa

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caso ms extremo de esto es el caso de la hlice mayor de un helicptero, estas fun-cionan exclusivamente como alas de avin, por lo que el elemento de torsin del aspa es menor o inexistente.

Pero por lo mismo, estas h-lices son ms susceptibles a las turbulencias en el aire, y las que estas mismas cau-san, generndose un rel-acin entre la velocidad a la que gira la hlice, su nmero de palas y la velocidad del viento que las circunda, si la hlice gira muy rpido y tiene muchas aspas, estas pueden terminar entrando al aire turbulento dejado por la aspa anterior, antes de que el fl ujo del viento alcance a llevarse la turbulencia.

Palas y aspasElemento aero/hidrodinmi-co, parte de la hlice que desplaza las partculas del medio en que esta, de tal for-ma que permite trabajar con las diferencias de presin que resultan. Suelen existir en grupos superiores a 2 uni-dades por equilibrio, hlices de 1 aspa existen, teniendo que estar acompaadas de un contrapeso en donde de-biese ir la segunda.

nmero de aspas, su perfi l alar, la forma del centro de la hlice, incluso dentro de las hlices de aeroplanos, el tipo de motor o la forma del cuerpo del avin infl uye en la forma fi nal de la hlice.

En el caso del medio, las h-lices se usan en el aire o en el agua, en esta ltima por ser mucho ms densa es el concepto de atornillarse en el medio el que prevalece, el eje de la hlice es largo y las aspas son profundas por lo mismo, tambin anchas para mantenerse en contacto con el agua el mayor tiempo posible, normalmente estas hlices poseen mltiples as-pas, rara vez son menos que 3, estas suelen usarse para empujar las embarcaciones.

En cambio las aspas de la hlice area son delgadas en comparacin a la marina, y pueden ser mltiples aspas hasta 1 sola (aunque esta solo sirve como hlice de empuje en algunas lanchas de pantano, o de algunos generadores). Como la den-sidad del viento es menor, el rol de estas hlices se enfo-ca a tratar de aprovechar la diferencia de presin lograda con los perfi les alares. El

Imagen 2,71/2,72Esquema de fl ujosy de el aire en torno

a perfi l alar Imagen 2,73/2,74

Foto de deformacin de hlice de helicoptero por peso y acercamiento

al eje de la hlice

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Al estar sometida a trabajo, el aspa tiende a curvarse en 2 sentidos, el primero causado por el torque del motor y la resistencia del aire al ngulo de ataque, torciendo la aspa en el sentido contrario de la rotacin, y la otra a causa del peso que esta moviendo (sea este un barco, avin, etc.), las puntas tienden a curvarse en el mismo sentido del mo-vimiento, quedando el centro de la hlice detrs.

La hlice de un generador

A diferencia de la hlice pro-pulsora, como la de los avi-ones y la de los barcos, o sustentadora como la vista en los helicpteros, la hlice del generador recibe/capta el viento, y este la hace girar, a esto se le suma el hecho de que estas hlices son es-tacionarias, en el sentido de que no buscan jalar o empu-jar el eje al que estn sujetas, todo esto implica que estas hlices solo trabajan como elemento rotatorio en el me-dio o fl ujo del aire y que el perfi l alar para generar difer-encias de densidad resulta esencialmente irrelevante, solo importando el ngulo de ataque y que el perfi l sea aerodinmico.

Imagen 2,75Esquema de de perfi l alar

Imagen 2,76El paso de una hlice

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P r u e b a s Construidas

Hlice de PVC

Este simple modelo fue con-struido de un tubo de PVC de 7.5 centmetros de dimetro, donde la fi gura recortada fue proporcionada por el si-guiente sitio web:

http://www.gotwind.org/diy/Soil_Prop.htm

Dimensiones:7.5 cm diametro curvatura de las aspas80 cm diametro de hlice misma91 gramos de peso (129 gra-mos al cerrar el perfi l)

Este diseo de hlice fue elegido por responder a las medidas proporcionadas por los siguientes sitios web por un lado:

h t t p : / / w w w. f i e l d l i n e s .c o m / b o a r d / i n d e x . p h p /topic,142104.html h t t p : / / w w w. f i e l d l i n e s .

c o m / b o a r d / i n d e x . p h p /topic,127759.html

Y por el otro porque adems lo mejora, reemplazando cor-tes rectos por curvas, lo que evita la aparicin de puntos de fractura a causa de cortes en ngulo.

Construccin:La hlice de PVC construida responde a una problemtica de facilidad de construccin y econmica, consiste simple-mente en una forma recor-tada de un cilindro. Su costo unitario es muy reducido y a su vez bastante efi ciente.

Descripcin y funcionamien-to:Este diseo tambin tiene un buen TSR, y si bien tiene la desventaja de la orientacin de la hlice, esto tambin puede usado a favor del generador en caso de que la velocidad del viento sea de-masiado alta, simplemente sera cuestin de torcer la direccin del eje dado que la velocidad de giro de la h-lice esta en relacin directa con el ngulo de incidencia del viento a la hlice. Con respecto al tamao es clara-mente inferior al del mod-elo darrieus hecho, lo que lo

Imagen 2,77Hlice de PVC sin y con centro, y

matriz Imagen 2,78

Otra vista de hlice de PVC

75

hace ms factible su trans-porte, pero su forma implica una inversin especial para su transporte dada su forma cncava.

Esta hlice tiene la peculiari-dad de tener aspas de perfi l alar hueco, esto hace que le sea muy fcil empezar a girar con vientos de bajas veloci-dades, el poco peso del ma-terial tambin ayuda a esto, siendo esta la hlice que ini-cia con mayor facilidad.

Por otro lado es una hlice endeble por materialidad, difcil de asir por su exterior cilndrico, cosa que adems complica la posibilidad de hacer que tenga ms aspas. Esta hlice es muy propensa a cambiar de velocidad tan pronto la velocidad del viento cambia, esto a causa de la baja inercia que tiene por su bajo peso.

Al cerrar el perfi l, usndose cinta adhesiva, su rendimien-to observado resulta menor, y la inestabilidad ante vien-tos de mayor velocidad es mayor. A ratos de girar a alta velocidad el viento deform-aba un poco las aspas haci-endo que perdiese velocidad a intervalos irregulares, por

lo que nunca llego a girar tan rpido como las otras.

Pruebas:En la maqueta del generador porttil es esta la hlice que se utiliza. Al estar conectado al motor elctrico y producir electricidad fue posible calcu-lar su TSR de forma relativa-mente precisa, relativamente porque todo depende de la veracidad de la referencia usada (bsicamente que la velocidad del viento obtenida fuese realmente bajo la cual se hizo la prueba por un lado, y por el otro que el rendimien-to del motor como dnamo fuese constante, habindose hecho una prueba anterior-mente conectando el motor a un Dremel para ver la gener-acin (a velocidad 1 daba 7.5 volts, supuestamente girando a 3000 RPM).

En el primer prototipo de esta maqueta, mostrado aqu a continuacin, la hlice iba conectada de forma directa al motor. A continuacin los clculos efectuados:Se obtiene un voltaje variable entre los 0.8 Volts y 2.5 Volts. En pruebas anteriores se

Imagen 2,79Hlice de PVC con centro, se forma

perfi l alar usando cinta adhesiva Imagen 2,80Otra vista de hlice de PVC sin centro,

perfi l alar hueco

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corrobora que a una veloci-dad de 3000 RPM (velocidad 1 de un Dremel) el generador de prueba genera hasta 7.5 Volts.Calculando RPM obtenido en la prueba:

Con los datos obtenidos, y suponiendo los datos de los sitios web exactos, se tiene que:

7,5V / 3000RPM = 2,5V / X-RPM = 0,8V / Y-RPMX-RPM = 1000RPMY-RPM = 320RPMDado que la hlice tiene un dimetro de 0,8 m:PI x dimetro = permetro de hlice = 2.512 m.

Al tener 1000 RPM, sig-nifi ca que en 1 minuto, el extremo de una aspa de la hlice recorre 1000 veces el permetro de la hlice: el equivalente a 2512 metros (2 kilmetros) en 1 minuto,

41.93 m/s o 150,948 Kph.

Calculando la efi ciencia o TSR:

TSR =Velocidad tangen-cial / Velocidad del viento = 150,948/25TSR = 6,03792

Hlice de 2 aspas, punta ancha y base delgada, de terciado:

Siguiendo el modelo de los hermanos Wright, pero de-jando de lado el perfi l alar para lo que sera la traccin de un peso por la hlice, se procede a hacer una hlice de similar forma.

Imagen 2,81Hlice de 2 aspas de madera

Imagen 2,82Hlice de 2 aspas y su matriz

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Las pruebas hechas a esta hlice no pudieron hac-erse con el motor elctrico conectado, por lo que la medicin de su rendimiento es exclusivamente observa-cional.

Dimensiones:4.5cm ancho de capa de madera usada2.1 cm de alto (6 capas de terciado de 3.5 mm)80 cm dimetro de hlice misma300 gramos

Construccin:Usando capas delgadas de madera (terciado de 3.5 mm en este caso), se ponen desfasadas entre si con un ngulo constante, luego se recortan las puntas siguiendo una plantilla y se lija la super-fi cie para alisar. Para asegu-rar que esta este balanceada se le coloca el eje a la hlice y se cuelga el conjunto de este, si un aspa baja se lija para quitarle peso hasta que esta quede en equilibrio.

Descripcin y funcionamien-to:El perfi l alar es ms bien recto y/o con forma levemente de ojiva. Las aspas tienen una

forma ancha acercndose a las puntas y es delgada en la base, en donde el ngulo de ataque varia siendo paralelo al eje en la base del aspa y buscando la perpendicu-laridad en la medida que se aleja de ella.

Esta hlice es rgida y pesa-da, comparada a la de PVC, por lo mismo al ser probada resulta ser mucho ms es-table con vientos de alta ve-locidad, a pesar de necesitar ms tiempo para empezar a girar, por as decirlo es de partida lenta.

A su vez su peso haca que cuando el viento cambiase de velocidad, esta por inercia cambiaba su velocidad de giro de forma gradual, por lo que si el viento aumentaba o bajaba su velocidad para lu-ego volver, no se apreciaba tanto el cambio en la hlice misma.Por otro lado esta hlice a altas velocidades tenda a vi-brar, se asume que a cierto margen el ms mnimo dese-quilibrio del peso de las as-pas puede ser el causante de esto.

Hlice de 3

Imagen 2,83Construccin de hlice de 2 aspas de

madera

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aspas, punta ancha y base delgada, de terciado:Dimensiones:10 cm ancho de capa de madera usada2.5 cm de alto (5 capas de terciado de 3.5 mm, por aspa, ms centro de 2 capas)80 cm dimetro de hlice misma901 gramos

Construccin:Se construye de modo simi-

lar a la de 2 aspas, pero cada aspa es independiente, unidas con un centro de 15 cms de dimetro con pernos. Se disea el aspa para darle una forma similar al de una de ventilador.La diferencia es el ngulo de ataque, que es pequeo comparndolo con el del ventilador. Esto se debe a la relacin entre el paso de la hlice en el medio (el aire en este caso) y la que tiene el ngulo de ataque. Dado que las hlices de avin, barco y ventilador buscan mover mucho volumen con el mn-imo de revoluciones, porque mientras menos vueltas me-nos combustible se gasta, uno espera que el valor de la variable paso, sea elevada.

Sin embargo al querer gen-erar energa del viento, uno desea lo opuesto, que con poco viento lo hlice gire lo ms posible, por ende el val-or de la variable paso debe ser menor, y con l el ngulo de ataque, ya que estn rela-cionados.

Descripcin y funcionamien-to:

Imagen 2,84/2,85/2,86Hlice de 3 aspas de madera, punta ancha y su construccin con matriz.

Imagen 2,87Hlice de 3 aspas junto a hlice de

PVC

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Esta hlice es mucho ms pesada que la de 2 aspas, y con vientos que son capaces de hacer girar a esta ltima no es posible hacer girar la de 3 aspas, haciendo de esta hlice de 3 aspas un mal transformador aerodinmico a mecnico, con vientos de velocidades relativamente bajas como las que se en-cuentran en Valparaiso (en-tre 0 a 30 kmh).

Sin embargo si el viento es ms fuerte (no hay valores cuantitativos solo compara-ciones observadas) esta hlice empieza a girar muy lentamente, teniendo una aceleracin constante, lle-gando obtener grandes ve-locidades de giro.

Esta hlice es bastante in-estable tambin, pero la inestabilidad es distinta, mientras que las de 2 aspas vibran dada cierta velocidad, esta otra tiende a oscilar, de modo similar al de un trompo que va perdiendo velocidad, se puede atribuir esto que la mayor parte del peso de la hlice esta ubicado en los bordes de esta, y no en el

centro, lo que hace que cual-quier movimiento en el sus-tento de la hlice haga que esta tienda a torcerse en esa direccin.

Se puede decir que este dis-eo claramente no es el in-dicado para el objetivo bus-cado.

Hlice de 3 as-pas, punta fi na y base ancha, de terciado:

Dimensiones:ancho de capa de madera usada variable2.5 cm de alto (5 capas de terciado de 3.5 mm, por aspa, ms centro de 2 capas)80 cm dimetro de hlice misma690 gramos

Construccin:El mtodo de construccin es el mismo que el diseo ante-rior, se trata de mantener el

Imagen 2,87/2,88Hlice de 3 aspas de madera, punta

fi na, la construccin y matriz.

80


rea de las aspas igual, para poder comparar el rendimiento con el mnimo de diferencias posibles entre ambas. Pero el ancho de las capas, al ser variable, hacen a esta hlice ms ligera.

Descripcin y funcionamiento:Este diseo posee un cierto parentesco con los remolinos de juguete que se venden en las calles para los nios.

Prcticamente toda hlice de generador elico visto es de hlice de punta delgada, siguiendo esa idea, lo expli-cado respecto al paso de la hlice, y queriendo comparar su rendimiento con la hlice de punta ancha manteniendo, se hace este diseo.

Esta hlice es sumamente estable, teniendo una osci-lacin lenta (aunque potente) y predecible, probablemente causada por falencias en el balanceo de las aspas (prob-lemas con el lijado). Es capaz de girar a una velocidad su-perior al de todas las dems y emite un zumbido al gi-rar distinto a las otras, esto probablemente causado por

la forma recta de sus puntas, cabe recalcar que es la nica con en la que no se suavizan, siendo estas las que causan este silbido al cortar el aire.

Hlice de 3 as-pas, punta fi na y base ancha, pino tallado:

Dimensiones:9 cm ancho de listn usado2.5 cm de alto (1,8 cm de listn, por aspa, ms

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