Eco Expanded Cinema
Capa IV - EXPERIMENTACIÓN
La experimentación de la máquina poética girará en torno al diseño de tres campos distintos: i) La concentración solar, ii) El motor Stirling y iii) El sistema de conversión de la energía mecánica del motor a la energía eléctrica que requieren los dispositivos de la obra. Además de los accesorios funcionales como bases o otros elementos que permitan ubicar los elementos de la máquina en el lugar que se requiere.
i) LA CONCENTRACIÓN SOLAR
Por un lado, se está trabajando con antenas parabólicas, forradas con espejos, experimentando con distintas formas de corte de espejo y otras materialidades con el fin de estudiar los distintos desempeños de las materialidades y sus propiedades.
Hasta el momento se ha podido acceder a antenas de apenas 60 cm de diámetro, lo cual no es suficiente para abastecer de energía al motor. Existen antenas de 1 m y 1,20 m de diámetro que serían mucho más convenientes pero aún así es posible que insuficientes. Además debido a su geometría, parece difícil poder unir más de una antena de manera que apunten al mismo foco y queden bien orientadas hacia el Sol.
Es por ese motivo que se empezó a pensar en otras posibilidades para la captación solar. Así se empezó a diseñar una estructura que forrada con láminas de aluminio permitiría tener mayores superficies de captación solar, es decir, concentrar una mayor cantidad de energía. Aunque el aluminio tenga alrededor de un 80 - 90 % de reflectividad de la luz frente al espejo un 98% al poder construir estos colectores solares esto permite aumentar considerablemente la superficie de captación y usar varios colectores en paralelo, al tener estos una mayor longitud de foco (punto de concentración de la radiación captada).
Eco expanded cinema: fotografía, prototipo concentrador solar.
Otra posibilidad que se ha explorado es el posible uso del Lente de Fresnel el cual dependiendo de su superficie de captación puede alcanzar 1300 ºC, como el construido por Green Power Science que se muestra en el siguiente fotograma.
fotograma Green Power Science
Un tema no menor es el diseño del seguimiento solar del sistema de captación solar que se vaya a implementar. Por ahora el seguimiento será manual con re orientación horaria del sistema pero existen varias posibilidades que se están barajando para tener un seguimiento más autónomo.
ii) EL MOTOR STIRLING - TIPO ALFA
El motor Stirling se ha construido principalmente con la reutilización de dos motores de refrigerador de uso doméstico. El motor de refrigerador está compuesto por un pistón y su transmisión, unas cámaras de compresión, un cigüeñal y el volante de inercia así como un bobinado de cobre que acciona el movimiento del motor.
fotograma de vídeo registro de proceso de construcción.
Ensamblando dos de estos motores por el eje y desfasandolos unos 90º de posición relativa de los pistones logramos llegar a la disposición de lo que se conoce como el motor Stirling tipo Alfa. Es importante que el tamaño de sus pistones sea el mismo para que así desplacen la misma cantidad de aire al girar ciertos grados de cigüeñal.
fotografía Carolina Q. Motor desarmado
fotografía Carolina Q.
En un principio, pensamos en tener un acumulador de calor que concentrara el aire caliente a alta presión. Con la ayuda de Salvador Guerra, mecánico de Viña del Mar con más de 50 años de experiencia quien ha sido fundamental para el diseño de los aspectos mecánicos de la máquina, acondicionamos un extintor de unos 30 cm de largo con dos válvulas que permitían por un lado, solo la salida de aire desde el extintor/acumulador hasta la cámara del pistón caliente y la otra vávula que permitía la entrada de aire desde la cámara del pistón frío al extintor, pero no al revés.
La geomietría de la parte inferior del extintor es muy similar a la geometría de los recibidores de concentración solar como el que se muestra en la siguiente imágen, además se pintó el extintor de negro para lograr un mayor calentamiento.
Recibidor a. Directamente iluminado; b. De reflujo mediante tubería caliente. Fuente: (Stine et al., 1994)
Finalmente, en el proceso de estudio de esta tecnología (Capa 1), concluimos que la circulación de aire debía ser en un volumen más acotado y compacto para no tener tantas pérdidas de presión y temperatura, por lo que se desestimó usar un acumulador de calor externo al motor.
Así, integramos el foco caliente al motor con un pistón más largo y por lo tanto una tapa culata alargada, entre el pistón y la tapa de culata hay un pequeño espacio donde cabe una fina capa de aire que al calentarse empuja el pistón buscando expandirse y por lo tanto desplazarse hasta la cámara del pistón frío.
Todos los trabajos de confección o adecuación de piezas para llegar a una configuración Stirling han sido construidos con el apoyo de Miguel Angel Olguin González, reconocido Tornero de Valparaíso con más de 25 años de experiencia en confección de piezas de distintas materialidades, desde el acero y el hierro de fundición entre los de mayor dureza hasta el bronce y el latón, más blandos.
Dentro de estos trabajos hemos modificado uno de los pistones, alargandolo 2 veces en su tamaño, construido su respectiva tapa de culata, también construimos la tapa de culata del foco frío y así acercarnos a las características propias del Motor Stirling tipo Alfa.
fotografía Carolina Q. Parte del motor del foco frío con cigueñal completo
Bielas, pasadores, tapas de culata, pistones y eje del Motor. Fotografía Carolina Q.
Además, modificamos el cigueñal de ambos motores, cortándolos para acercar al máximo los motores buscando la disposición optimas del ciclo Stirling y acondicionamos estos ejes obteniéndose un único motor compacto al ensamblarlos. Estas piezas se hicieron con Duraluminio como material por su buen desempeño a altas temperaturas.
Actualmente, estamos trabajando en las conducciones que unen las cámaras de ambos pistones, estos serán de duraluminio también, llevaran en su interior una virutilla muy fina que actuará como Regenerador, este elemento es el encargado de absorber calor cuando el aire caliente se desplaza hacia el pistón frío y posteriormente entregarle calor cuando se devuelve hacia el foco caliente.
Además, estamos diseñando, por un lado los disipadores de calor que lleva el foco frío en su tapa de culata y por otro el sistema de aislación y concentración térmica del foco caliente. Cuanto mayor es la diferencia de temperaturas lograda entre los focos, mayor es la potencia del motor. En este aspecto, queremos construir un elemento cónico que se ensamble en la tapa de la culata y que permita concentrar y retener el calor, que cumpla el objetivo de un recibidor de concentración solar. Así mismo, queremos aislar térmicamente el resto de la tapa de culata con lana de fibra de vidrio reutilizada.
También estamos diseñando el arranque del motor. Este tipo de motores necesitan incorporar una fuerza de arranque que ayude a dar inicio el movimiento rotativo del motor.
la estructura/base del motor Stirling que permita sostenerlo en el desierto costero de la segunda región, en el emplazamiento de la obra.
Sistema de aceitación
iii) SISTEMA CONVERSOR ENERGÍA MECÁNICA -> ENERGÍA ELÉCTRICA
El motor Stirling genera lo que conocemos como Energía mecánica mediante el movimiento rotativo del volante de inercia del motor. Este volante es de material ferromagnético y al rodearlo de un bobinado por la Ley de inducción de Faraday que conocimos en la Capa 2 de Conceptualización se le induce a este bobinado una corriente alterna que dependerá de las revoluciones por minuto a las que gire el motor.
El fin de esta generación de energía eléctrica es cargar todos los dispositivos audiovisuales y de iluminación que conforman la obra. Para ello necesitaremos pasar de la energía eléctrica que generamos: energía alterna con ruido de alta frecuencia a una energía estable que nos permita cargar dispositivos de 5 V y 2 A.