Introducción al Movimiento Helicoidal en el Ciclo Rotor Eólico.

El movimiento helicoidal

El movimiento helicoidal es el resultado del movimiento combinado de rotación y traslación que resulta de combinar un movimiento de rotación en torno a un eje junto con un movimiento de traslación a lo largo del mismo eje. https://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_helicoidal

Se trata del movimiento de tornillo que surge en una rueda cuando le incorporamos dos elementos helicoidales que forman un espacio mínimo a modo de hélice (Figura 1).

Figura 1.- Esquema de helicoide circular del ciclo rotor eólico. Aeromotor bipala.

Su la dinámica rotacional se puede esquematizar en la (Figura 2):

Figura 2.- Movimiento helicoidad de una partícula en el sistema

https://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_helicoidal

Durante la traslación y rotación, el movimiento de las palas sería el de una helicoide, siendo éste uniforme cuando el punto P alejado del eje describe una trayectoria curva alabeada cuando circula por la helicoide a velocidad angular w.

Considerando Vo la velocidad rotacional y ω la velocidad angular de rotación del sólido rígido (aspa o álabe), la velocidad final de una partícula situada en un punto P, fuera del eje de rotación (Figura 1), viene dado por el vector Pv:  Vo + w x OP (Figura 2).

Figura 3- Ciclo rotor eólico. Aeromotor bipala abierto en “S” sobre una FeltB16
Pulsatilidad en aceleración

En una situación real, durante la práctica del ciclismo, tanto las velocidades de las partículas como sus trayectorias alabeadas por la hélice se modifican constantemente; sus velocidades rotacionales se suman con la velocidad tangencial facilitando el movimiento de las mismas sobre el plano vertical al eje de rueda y paralelo a sus álabes.

Su diseño específico y la presencia de un espacio en “S” abierto central alrededor del eje, facilita el efecto de Bernoulli aumentando la velocidad de las partículas que entran en el aeromotor, cuando la incidencia del viento es antero lateral.

Las circulación de partículas en un movimiento rotación tangencial sobre los álabes tienden a seguir las trayectorias más eficientes y rápidas que se encuentran próximas a las curvas cicloides de traslación que describe la rueda (figura 4). Un aeromotor como el ciclo rotor eólico genera dos cicloides armonizadas acortadas que se combinan con la curva cicloide descrita por el círculo de la llanta mejorando la aceleración y el confort de marcha.

Figura 4.-- Entrecruzado de curvas cicloides armonizadas en el ciclo rotor eólico. Arco mayor: cicloide regular (llanta); Arcos menores: cicloides acortadas (bordes internos de los dos álabes). 

La cinemática helicoidal del ciclo rotor nos permite disponer de un pequeño aeromotor bipala que utiliza la energía eólica para optimizar el impulso del torque del pedaleo, con un efecto adicional de estabilidad sobre el suelo, una mayor estabilidad en las trazadas y una derivación aérea posterior.

Gabriel Saitua, Getxo 2018.