AFL - Arquitectura en Fachadas Ligeras - AF39

plo de la integración en fachada de paneles solares, mediante una doble piel translucida. Las fachadas pueden ser más que ele- mentos de barrera contra los agentes externos, pueden transformarse en generadores de energía y es impor- tante resaltar que la fuente solar no es la única de las posibilidades. En el sector de las fachadas, analizamos las acciones del viento en una edificación para evitar sus consecuencias y garan- tizar el correcto funcionamiento de cada uno de los elementos, pero ¿por qué no usar el potencial de esta fuerza como fuente renovable si su uso ha sido probado con éxito en otros sectores? Basado en esta reflexión el objetivo de esta investigación fue desarrollar un sis- tema de fachada capaz de transformar la energía eólica en electricidad dentro de una fachada. Sin contar los grandes aerogenera- dores que todos conocemos, existen varios diseños de micro generadores experimentales con un enfoque apli- cable a la arquitectura. Entre ellos destacan los generadores de energía eólica sin aspas de Vortexbladeless y el dispositivo Vibrowind. El denomina- dor común entre ellos es el fenómeno de las vibraciones inducidas por vór- tices (VIV). Este fenómeno propio de la aeroeslasticidad se produce cuando los vórtices que se generan en la estela de un objeto al pasar una corriente de un fluido tienen la misma frecuencia que la frecuen- cia natural de vibración del objeto, esto genera presiones contrarias en este, que induciendo un movimiento oscilatorio (Ilustración 2: Von Kárman Street). A lo largo de la historia se ha generado mucho interés por estudiar este evento, aunque dada su com- plejidad y las características de sus efectos el objetivo en la mayoría de los casos ha sido aprender a evitarlo. Las vibraciones pueden tener unos efectos devastadores en cualquier edificación, pero para un generador eólico de bajo impacto se convierte en la herramienta esencial para generar el movimiento que posteriormente se transformará en energía. Los movimientos oscilatorios inducidos por vórtices dependen de tres valores adi- mensionales: el Reynolds Number (Re): que determina la tipología de los vórtices desprendidos según una relación entre la viscosidad del fluido, la velocidad y lamor- fología del objeto; el Strouhal Number (St): que determina la frecuencia y velocidad en la que se produce el fenómeno y que depende de la forma del elemento que se interpone en el camino del fluido, su frecuencia natural y la velocidad del fluido; y el Scruton number (Sc): que determina la forma de amortiguamiento de las vibra- ciones de la estructura y que relaciona el amortiguamiento estructural de un sis- tema por su morfología (masa y forma) con la densidad del fluido. Conocido el valor de St según la forma del elemento estudiado y sabiendo que el fenómeno de las vibraciones induci- das por vórtices se produce cuando la frecuencia natural es igual a la frecuen- cia de los vórtices, podemos calcular la velocidad crítica a la que en un objeto/ estructura se producen los movimientos oscilatorios. Este concepto dio pie para enfrentar el diseño del sistema creando tres estrategias la de la frecuencia, la de la morfología y la de la transformación. Todas con la intención facilitar la adapta- bilidad a diferentes entornos, inclusive a diferentes variables dentro de una fachada. ESTRATEGIA DE LA FRECUENCIA Para que la generación de energía eólica se produzca es necesario facilitar el fenó- meno de las vibraciones inducidas por los vórtices y para ello es fundamental que la frecuencia natural del objeto se asemejarse a la frecuencia de excitación del fluido, en este caso el aire. Basado en esta premisa y según los números estudios consultados en la bibliografía, el diseño del mecanismo se basa en un oscilador harmónico simple con dos apoyos elás- ticos compuesto por 2 o 4 muelles. De esta manera la frecuencia de vibración, que viene dada por una relación entre la constante de los muelles y la masa del objeto puede ser adaptada según la nece- sidad del proyecto bien sea modificando los muelles y por tanto manteniendo la morfología y masa, o variando lamasa sin variar la morfología. Todo ello nos garan- tiza la máxima adaptabilidad. ESTRATEGIA DE LA MORFOLOGÍA La forma y en especial la relación de aspecto es uno de los elementos fundamentales que determina las carac- terísticas del fenómeno de los vórtices, en especial en el caso de los cilindros rec- tangulares. Cuando la relación de aspecto de la sección es mayor que 2 a 3 pero menor que 4 a 7 nos encontramos en el Regimen 2: Impinging leading-edge (Nauducher and Wang, 1993) (Ilustración 3. Regímenes según la proporción del objeto) donde ocurren las mayores osci- laciones. Este rango de proporción es el que definimos como necesario para el desarrollo de los componentes móviles del sistema. ESTRATEGIA DE LA TRANSFORMACIÓN En general, todos los mecanismos de generación eléctrica basados en la fuerza del viento transforman la ener- gía en dos pasos. La fuerza del viento es transformada en un movimiento y este en electricidad mediante la induc- Ilustración 2. Von Kárman Street. AFL TECNOLOGÍA t T E C N O L O G Í A