La armonía pendular del movimiento helicoidal
en el ciclo rotor eólico
Debido a la morfología específica de sus álabes, el ciclo
rotor eólico funciona como un helicoide circular y un oscilador armónico
tridimensional.
Al tratarse de un movimiento complejo tridimensional, podemos
aproximarnos a su conocimiento analizando en primer lugar sus características
en 2D y más tarde lo haremos en 3D.
I.- Armonía del movimiento pendular en el ciclo rotor eólico
Recordando otro capítulo de éste mismo blogg, a propósito de las curvas cicloides del ciclo rotor, usamos un pequeño disco de 25cm. de diámetro a modo de rueda; mediante unas perforaciones podemos analizar el movimiento rotatorio de sus cicloides. Efectuamos uno en el borde más exterior de las aspas, otro en el centro o núcleo de las aspas y por
último en el borde interno de las mismas (figura 1).
Figura 1.- Disco perforado diseñado para el estudio de las curvas cicloides del ciclo rotor eólico
Introduciendo un lapicero en cada orificio, cuando el disco rueda trasladándose sin resbalar, vemos las curvas cicloides del rotor (figura 2); éstas curvas tienen unas propiedades
específicas; una de ellas, en la cual nos detendremos consiste en que sus trayectorias corresponden a "péndulos isócronos" en vuelta de rueda; en el péndulo isócrono cada
uno de sus puntos en circulación alcanzan en el mismo momento el centro medio del ciclo pendular (figura 3).
Mientras que una rueda convencional describe una cicloide
natural (el arco de la cicloide es 8 veces su radio), el ciclo rotor describe tres curvas:
la cicloide natural y dos pequeñas cicloides acortadas procedentes de los límites
internos de los dos álabes, elementos que le dotan de una ritmicidad y armonía
específicas (figura 2).
Figura 2.- Curvas cicloides de un
ciclo rotor. Trayectorias cicloides de tres péndulos isócronos. Puntos de paso central
de los péndulos: 0´25 borde interior álabe 1; 0´5 borde exterior llanta y 0´75 borde interior álabe 2.
Figura 3.- Propiedad
del péndulo cicloidal isócrono: Cada punto de color llegará al centro de paso en
el mismo tiempo. El ciclo rotor armoniza el movimiento mediante tres péndulos. Wikipedia
El misterio de la sincronización de
péndulos
El misterio de la sincronización de péndulos fue descrito por el propio inventor
del reloj de péndulo, el gran físico holandés del siglo XVII Christiaan
Huygens, quien lo percibió por primera vez que cuando dos péndulos están en el
mismo soporte, sea una pared o un travesaño, tienden con fuerza a
sincronizarse.
El fenómeno fue lo publicado el 26 de febrero de 1665 al
colocar dos relojes de péndulo en la misma pared y solo pudo llegar a la
conjetura de que los péndulos se comunicaban a través de “algún movimiento imperceptible”
del soporte que compartían.
Los matemáticos Enrique Oliveira y Luís Melo, de la
Universidad de Lisboa, han desarrollado un modelo matemático que explica a la
perfección sus propios resultados experimentales: "Se basa en unas
premisas muy simples: en un punto del ciclo, una pequeña cantidad de energía se
envía al otro oscilador, lo que resulta en un desplazamiento de fase hacia un
punto" Scientific Reports.
En nuestro caso, el movimiento pendular combinado de cada
pala o álabe del ciclo rotor funciona como una unidad pendular isócrona que a
su vez se sincroniza con el segundo álabe para generar un movimiento helicoidal
circular. Los dos movimientos pendulares tienden a sincronizarse a través de los
contactos que comparten con la llanta, los radios y el propio eje de la rueda.
Finalmente la armonía del movimiento complejo favorece la eficacia del sistema.
Vídeo: Experiencia sobre sincronización de péndulos. Transmisión del ritmo pendular a través de su eje de unión. La armonía de los dos péndulos recuerda el modo sincronizado de la "marcha nórdica"
El deporte de resistencia conocido como marcha nórdica es una
forma de ejercicio al aire libre que consiste en “caminar con la ayuda e
impulso de bastones similares a los utilizados en el esquí”.
En el ciclo rotor
eólico las dos palas en la rueda trasera funcionan como pequeños bastones
o apoyos a la marcha en bicicleta en cada ciclo de la rueda usando dos péndulos sincrónicos; se trataría de una ayuda complementaria a modo de “bastones impulsados por nuestro torque de pedaleo y la ayuda del viento”.
Gabriel Saitua, Getxo 2018
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