miércoles, 9 de enero de 2019

El ciclo rotor eólico, ¿un sistema sencillo pero complejo?


El ciclo rotor eólico, ¿un sistema sencillo pero complejo?

Un sistema se denomina “simple” cuando sus resultados son invariables y estables, como por ejemplo, el funcionamiento de un motor de cuatro tiempos, es “complicado pero no complejo en sus interacciones con otros medios”; aunque está formado por varias partes, las relaciones entre éstas no añaden nueva información adicional a su funcionamiento.

Un sistema complejo sin embargo puede ser “complejo y sencillo”; en su dimensión más sencilla, estaría compuesto por varias partes interconectadas o entrelazadas, de tal manera que sus vínculos crean información adicional que no es visible por el observador antes de interactuar con su entorno en el tiempo. Sus resultados finales serían “variables”.

En un sistema complejo, producto de las interacciones entre elementos y relaciones, surgen nuevas propiedades que no pueden explicarse a partir de las propiedades de sus elementos aislados. Las nuevas propiedades adquiridas producto de su actividad se denominan “propiedades emergentes”.

Por tanto en  un sistema complejo no sólo hace falta conocer solamente el funcionamiento de las partes sino también “el funcionamiento del sistema completo en el tiempo” una vez relacionar sus partes y sus interacciones.

Algunas propiedades de los sistemas complejos son: su capacidad de interactuar con el entorno y crear nuevos fenómenos emergentes; los resultados son dependientes de pequeños cambios en el comienzo de su actividad y tienen efectos a largo plazo poco predecibles sobre sus propiedades emergentes… “es el conocido como efecto mariposa de los sistemas complejos”; sus propiedades son:

1.       Conectadas
2.       Interdependientes
3.       Diversas
4.       Adaptativas
5.       Dependientes del camino
6.       Emergentes (no-linealidad multi-nivel)


El ciclo rotor eólico, como “¿sistema complejo sencillo?”

Veamos sus interacciones, sus emergencias y su efecto mariposa.

Elementos: El ciclo rotor está formado por dos elementos, aspas o álabes junto con el círculo formado por la llanta, un elemento capaz de interactuar con el entorno.

Funcionamiento relacional: Su actividad básica consiste en un movimiento helicoidal en dirección anteroinferior a modo de una rueda de inercia con una carga de masa posterior y externa incluida en sus dos aspas. Energía potencial relacionada con la cinemática propia de un sólido rígido.

Las variables dependientes que interaccionan en cada instante con el sistema, capaces de modificar el resultado de nuestro emergente en el ciclo rotor eólico serían:

1.-La velocidad variable del ciclista, expresada por el número de giros del ciclo rotor en nuestra rueda en dirección antero inferior.
2.- La velocidad variable del viento, que habitualmente incide en contra de nuestra trayectoria atravesando nuestro sistema rotacional.
3.-  La variabilidad en el ángulo de incidencia del viento.
4.- El tiempo de persistencia del viento en cada ángulo de incidencia.
5.- La temperatura del aire y los cambios en altura.
6.- Los cambios en la posición del propio ciclista relacionados con la superficie corporal expuesta al viento.

Es decir que se trata de “un sistema interactuando al menos con seis variables” que se encuentran en constante cambio durante la dinámica rotacional del proceso.

“El efecto emergente del sistema es la aceleración pulsátil”, generado en la capa límite, cuando intervienen el flujo laminar y el turbulento al chocar sus flujos entre sí, uno en sentido antihorario (rotor) y otro en sentido horario (viento)  a modo del “ojo de un huracán”.

La complejidad de su funcionamiento íntimo del ciclo rotor hace que para aproximarnos a la comprensión del mismo se requiera simulación computacional.

Estas consideraciones adquieren una especial dimensión cuando comparamos nuestro sistema con las imágenes de fractales o imágenes que se producen en la dinámica de sistemas complejos, como las imágenes de Mandelbrot.



Si consideramos que las primeras imágenes superiores corresponden a los dos álabes o palas de nuestro ciclo rotor eólico en rotación, y los volteamos, podremos apreciar que prácticamente corresponden  a la misma imagen, al igual que ocurre con las imágenes de Mandelbrot que aparecen en las imágenes inferiores.

Conclusiones

1.- “El ciclo rotor eólico es un sistema complejo sencillo”.
2.- “Interactuando con seis variables".
3.- “El fenómeno emergente es la aceleración a modo del ojo de un huracán”.
4.- “Modelo de utilidad seguro con fenómeno emergente entre 25 y 50Km/h. velocidad aparente”.
5.- “Rendimiento de potencia variable entre 30 a 50watios/sg.”
6.- “Se mantiene la recomendación de seguridad para un aeromotor bipala: no superar los 90Km/h.”




Gabriel Saitua, Getxo, 2019



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