Projecte Savonius. La bomba hidràulica

3 06 2013

Les bombes hidràuliques són aparells que desplacen líquids: per extreurel’s del subsól o per impulsar-los per les canonades. La escollida pels Tecno-Lògics sense Fronteres per al projecte Savonius és una bomba de pistó que, amb l’energia proporcionada per un aeromotor convenientment transformada, hauria d’elevar l’aigua des del subsól fins a un dipòsit.

BombaAnimada

Bomba03Funcionament de la bomba de pistó:

Les bombes de pistó consisteixen en un cilindre dins el qual es desplaça lineal i alternativament un èmbol amb un pistó, el qual divideix el cilindre en dues cambres, i té una via que permet el pas de l’aigua entre elles.

Per tal de permetre que l’aigua pugi pujar cap a la cambra inferior i des d’aquesta a la superior del cilindre però no deixar-la caure cap avall, hi ha dues vàlvules antiretorn: una a la part inferior del cilindre (entrada d’aigua de la bomba) i l’altra a la via del pistó. Aquestes vàlvules només permeten el pas de l’aigua en un sentit: s’obren quan l’aigua empeny cap amunt i es tanquen quan empeny cap avall.

Tirant de l’èmbol cap amunt es succiona l’aigua, que omple la cambra inferior del cilindre. Quan l’èmbol baixa, la pressió de l’aigua tanca la vàlvula inferior i obre la del pistó: l’aigua que ha quedat a la cambra inferior passa a la superior. Quan aquesta cambra s’omple, l’aigua surt per un forat i amb una canonada es pot conduir cap al dipòsit !

Així hem fet la nostra bomba:

Hem utilitzat el cos i la goma de l’èmbol de dues xeringues: una de 5 ml com a cilindre de la bomba i una de 2,5 ml com a èmbol. Per  aconseguir l’estanqueïtat entre les dues cambres del cilindre hen enganxat la goma de la xeringa gran a l’extrem inferior de la petita amb super glue. A aquesta goma li hem fet un forat al centre per que pugui passar l’aigua. Amb la goma de l’èmbol de la xeringa petita hem tapat l’extrem superior de la nostra bomba per que no entri l’aire i es perdi pressió de l’aigua.

Bomba05

Les nostres vàlvules antiretorn són dues boles d’acer de Ø 6 mm, que tapen la via (entrada d’aigua) de cada xeringa. La pressió de l’aigua d’entrada a la cambra del cilindre corresponent empeny la bola cap amunt, quan l’aigua deixa de fer pressió cauen cap avall tapant la via. L’aigua surt de la bomba per un forat lateral al cos de l’èmbol (xeringa petita). Un tub i … cap al dipòsit !

Avantatges i inconvenients d’aquest tipus de bombes:

Cal molta força per aconseguir el moviment del pistó, i el subministrament d’aigua no és continu (un xorro per cada carrera del pistó). El primer problema el pretenem solucionar mitjançant un mecanisme reductor que multipliqui la força proporcionada per l’aeromotor, i utilitzant vaselina per facilitar el lliscament de la goma del nostre pistó dins el cilindre. El segón problema no es considera important, perquè el subministrament d’aigua no cal que es faci directament des de la bomba, sinò a través d’un dipòsit.
El gran avantatge és que aquesta és una de les bombes hidràuliques més senzilles. Es pot autoconstruir amb materials fàcils d’aconseguir i econòmics, la qual cosa és molt important en el cas del problema a solucionar: l’abastament d’aigua en comunitats amb pocs recursos. Cliqueu sobre la imatge si voleu saber com fer una bomba de pistó real





Projecte Savonius. L’aeromotor

8 05 2013

El motor de la bomba hidràulica proposada pels Tecno-Lògics sense Fronteres 3ESO com a solució al problema dels nens d’aigua ja està llest! Es tracta d’un aeromotor Savonius que a través d’un sistema de transmissió i transformació de moviment hauria d’accionar la bomba. Així l’hem fet:

Per a les pales hem utilitzat plàstic rígid d’enquadernar, ampolles de plàstic o llaunes metàl·liques, i per els seus suports horitzontals, CDs. En la majoria dels casos la grandària de l’aeromotor ha estat determinada pel tamany dels CDs, per tal d’aconseguir el màxim coeficient de potència mitjançant la relació d’aspecte òptima (alçada/diàmetre = 2).

 

Al material tan rígid que hem utilitzat per fer les pales li costa mantenir la curvatura. Per tal de garantir i mantenir la seva forma i posició sobre els CDs hem utilitzat cola especial i hem fet uns forats en els quals hem encaixat barretes de fusta unides als extrems de les pales amb amb cinta americana. L’eix del rotor és una barra roscada M4 ben fixada als CDs amb femelles per tal de garantir la rotació solidària de tots els elements del rotor quan l’aire el faci girar.

L’estructura de l’aeromotor consisteix en dues barres verticals i dos llistons horitzontals. Els tensors i l’ancoratge inferior de les barres garanteixen l’estabilitat i disminueixen la vibració en girar el rotor (vibració = disminució del rendiment = pèrdua de potència).

Per aconseguir el màxim rendiment hem reduït la fricció entre el rotor i l’estator amb volanderes, tubs de plàstic i deixant una mica de joc vertical. A la part inferior del rotor hem fixat un engranatge cònic per tal de transmetre el gir al voltant de l’eix vertical proporcionat per l’aeromotor, a l’eix horitzontal del sistema de transmissió cap a la bomba, en el qual ja estem treballant. Fins al moment, aquest és l’album de fotos de l’activitat:





Aeroturbines Savonius

26 02 2013

Les Savonius són màquines eòliques d’eix vertical amb un disseny molt simple: dos semiclindres verticals disposats en forma de S que giren per la diferència de resistència aerodinàmica entre la cara cóncava i la cara convexa del rotor. No s’utilitzen massa, a nivell comercial no poden competir amb els grans aerogeneradors d’eix horitzontal, peró …

Encara que el rendiment aerodinàmic de les Savonius és molt baix, tenen coses bones:

  • Funcionen per arrossegament, no necessiten orientar-se en la direcció del vent.

  • Poden començar a girar amb vents de baixa velocitat i no cal que estiguin a gran alçada, per tant s’elimina la necessitat de la torre.
  • En ser màquines lentes (baixa velocitat de rotació), hi ha poc desgast mecànic i són adequades com aeromotors per aconseguir potència.
  • El sistema de transmissió pot estar en la base de la màquina, a peu de terra.
  • La seva construcció senzilla i econòmica afavoreix la reutilització: hi ha molts Savonius fets amb bidons, llaunes i garrafes.

Malgrat la seva senzillessa constructiva, hi ha una sèrie de factors i paràmetres geomètrics a tenir en compte per aconseguir el màxim rendiment dins els límits aerodinàmics propis d’aquest tipus de màquines eòliques:

ParametresSavonius

  • Els semicilindres del rotor no haurien d’estar fixats a l’eix central per tal de deixar espai (e) i canalitzar el flux de l’aire a l’interior del rotor. L’eix ha d’estar fixat a uns taps circulars superior i inferior, el tamany d’aquests taps no ha de ser major del 5% del diàmetre total del rotor (D).
  • El diàmetre de l’eix central també influeix en el coeficient de potència de la màquina. Quant més gruixut sigui l’eix, menor serà el coeficient de potència.
  • El nombre de pales redueix el rendiment de la màquina. Encara que hi ha Savonius amb tres pales, s’ha demostrat que el màxim rendiment s’aconsegueix amb només dues pales.
  • Encara que el solapament ideal en planta entre els dos cilindres (e) ha de ser una mica més petit, per simplificar podem fer-lo de 0.5 d. Cal agafar el compàs i dibuixar els dos semicercles als taps del rotor >>>
  • Es pot augmentar el coeficient de potència amb dispositius com concentradors o difussors i amb pales helicoïdals, però aixó augmenta també la complexitat constructiva i encareix la màquina.
  • La relació d’aspecte (alçada/diàmetre) ha de ser 2. Es pot augmentar el coeficient de potència col·locant rotors un a sobre de l’altre peró desfasats 60º en horitzontal per aprofitar millor l’empenta del vent, i aïllats un de l’altre per evitar fluxos d’aire que reduirien el coeficient de potència. La relació d’aspecte de cada módul sempre ha de ser 2.

SavoniusModuls

Per al nostre Savonius podem inspirar-nos en d’altres. Veieu alguns exemples (com no,  millorables) clicant sobre les imatges:

Savonius1 Savonius2 Savonius3 Savonius5
Savonius8 Savonius6 Savonius7

Per als alumnes poc inspirats, aquesta és la proposta de la profe:
Pautes de muntatge del rotor – Pautes de muntatge de l’eix del rotor

No descuideu l’estructura de suport:

És important evitar les vibracions de l’eix en girar el rotor, per aixó val la pena que aquest estigui agafat també per dalt. A més cal una bona base que doni estabilitat a la màquina, podem utilitzar peces masssises de fusta (pes a la base) i/o tensors.
Cal tenir cura també amb la fricció en els punts de suport de l’eix. Per reduïrla ens poden ajudar els coixinets i els rodaments.

Expressem les nostres idees:
Cal agafar paper i llapis i dibuixar croquis de les nostres idees. Veieu un exemple





Tecno-Lògics sense Fronteres

23 02 2013

Veient el documental Niños de Agua de Ingeniería Sin Fronteras, els TecnoLògics 3ESO ens hem conscienciat de les dificultats que pateix molta gent per poder accedir a allò que és bàsic i que per a nosaltres és tan quotidià: l’aigua, i hem decidit fer una proposta de solució a aquest problema. Aquestes són les nostres consideracions inicials:

Per portar l’aigua des de la font fins al poble (dues hores de camí) hem sospesat dues opcions: un canal i un pou.

TSF01

No ens agrada la idea del canal perquè és una obra d’enginyeria excessiva: el canal seria massa llarg, l’aigua només pot baixar per si mateixa així que segurament caldria bombes per impulsar-la, aqüeductes per salvar desnivells, s’hauria d’enterrar perquè l’aigua no es contaminés, … Definitivament, aquesta no és una bona opció.

La idea del pou ens ha portat a adonar-nos (suposem i no dubtem que hi ha aigua subterrània, encara que sigui a  molta profunditat) que només cal un forat vertical per arribar a l’aqüífer i una canonada per que no s’enfonsi. Això ens ha semblat prou simple i barat, ens ha agradat la idea.

Com ciutadans del s XXI ens neguem a proposar  que l’aigua es pugi amb cubells i corrioles, així que cal una bomba hidràulica. Encara que no sabem con funcionen, pensem en quelcom així com les aixetes del Far West que s’accionen mitjançant una palanca. Aquest tipus de bombes semblen més fàcils de reparar si es fan malbé que les bombes elèctriques.

TSF02

Com que no volem accionament manual per a la bomba cal trobar una font d’energia que sigui barata i renovable. La energia solar no ens convenç, perquè les plaques fotovoltaiques són cares i difícils de mantenir. Les grans màquines eòliques tampoc ens han semblat convenients, perquè són massa complexes, de materials especials i molt cares. A més, per accionar la bomba no necessitem electricitat sinó potència mecànica, per tant hem deixat de banda els aerogeneradors i ens hem fixat en els aeromotors.

Aprofundint en les màquines eòliques hem descobert que n’hi ha unes de ben senzilles: les Savonius. Poden funcionar amb poc vent i com que són lentes, mitjançant un sistema de transmissió acurat podem aconseguir el tipus de moviment i la força necessaris per accionar la bomba. A més, hem vist Savonius fets amb barrils, garrafes i bidons; aixó no només és fàcil de reparar si s’espatlla … fins i tot es pot auto-construir!

TSF03

Per què fem això?
Perquè a 3r d’ESO la Tecnologia com a matèria permet descobrir als alumnes les màquines i els mecanismes de transmissió de moviment, perquè l’aprenentatge només té sentit aplicat a situacions reals que puguin motivar als alumnes, perquè l’objectiu de la Tecnologia és resoldre problemes, perquè només fent i equivocant-se s’aprèn, perquè la Tecnologia no distreu als alumnes sinó que permet contextualitzar altres matèries més abstractes amb les quals està relacionada, no repetint conceptes sinó donat-los sentit. A més, treballant totes les competències bàsiques mitjançant el mètode de projectes, propi tant d’aquesta matèria con de l’Enginyeria amb la qual està tan relacionada.

LOMCENO-TECNOSI

Així doncs, mans a l’obra! Una Savonius que mitjançant un sistema de transmissió accioni una bomba hidràulica per omplir un diposit ben a prop dels habitatges ens ha de permetre donar una solució al problema dels nens d’aigua abans que la LOMCE ens ho impedeixi!!!

TSF04








Seguir

Recibe cada nueva publicación en tu buzón de correo electrónico.

Únete a otros 26 seguidores

%d personas les gusta esto: