AFL - Arquitectura en Fachadas Ligeras - AF39

CÁLCULOS DEL SISTEMA Para los cálculos del sistema nos hemos basado en la bibliografía consultada (Garret, 2003) (Terrés Nicoli, 2008) (Vasallo Belver, 2009) y hemos optado por un método diseñado especialmente para predecir los fenómenos de las vibracio- nes inducidas en cilindros rectangulares y para el cual los tres valores adimen- sionales que definen este fenómeno tienen métodos de cálculos adaptados. En los cilindros rectangulares la resonancia se produce a más de una velocidad del viento y por ello existen varios números de Strouhal (St) que determinan la tipo- logía de los vórtices desprendidos a cada velocidad. Este concepto ha sido definido como el Strouhal modificado ((St)_m) (Nakamura & Tsuruta, 1991) (Matsumoto, 1999). En el caso del prisma de nuestro sistema cuya relación de aspecto es de 4, los valores que se obtienen son: (St)_1=0,15, (St)_2=0,30 y (St)_3=0,90. Conocidos los valores de Strouhal es posible determi- nar las velocidades críticas a las cuales se produce la resonancia, en este caso 3 diferentes. Estas velocidades las deter- minamos conociendo las frecuencias de vibración natural de nuestra estructura que al tratarse de un oscilador armónico depende de la relación entre la masa y la constante de los muelles. El muelle seleccionado en el diseño propuesto es un muelle de tracción de alambre de piano con una constante de 0,16 N/mm, el sistema incluye 4 por cada lama. Los muelles permiten modificar directamente la frecuencia del sistema y por tanto la velocidad crítica de fun- cionamiento. La frecuencia natural varía si variamos la constante de los muelles (ver Tabla 1.) Conocidos los tres valores adimensio- nales que gobiernan al fenómeno de los vórtices y sus efectos, determinamos la magnitud de fuerza transversal, así como el desplazamiento máximo. En nuestro caso la amplitud máxima del sistema es 238,30 mm y la fuerza lateral de 1.183 N/m. Estos valores los usamos para aplicar las leyes de Faraday-Lenhz y la de Ohm para calcular el voltaje que produce el generador de inducción con cada movimiento, así como la intensi- dad y potencia. Entendiendo el origen turbulento del viento y que el fenómeno de la resonancia no se producirá durante la mayor parte del día, he establecido una probabilidad de ocurrencia entre el 15% y el 1% para estimar la poten- cia generada por metros cuadrado de celosía y que podemos ver en la tabla 2. CONCLUSIONES Esta investigación partía con el obje- tivo general de desarrollar un sistema de generación eólica integrado en la fachada y a partir del análisis de algunos micro generadores descubrimos que el fenómeno de las vibraciones indu- cidas por vórtices es el elemento clave para cualquier sistema factible basado en la energía eólica de bajo impacto. El diseño propuesto para el proyecto de la biblioteca de Almeda nos permi- tió comprobar que es posible generar energía eléctrica mediante un oscilador armónico y dado los resultados poten- ciales descubiertos podemos llegar a las siguientes conclusiones: La generación de energía eólica en la fachada es posible y es un campo de investigación con un amplio recorrido. Esta línea de desarrollo junto con los generadores fotovoltaicos será funda- mental para lograr reducir el balance de las edificaciones y garantizar los edi- ficios consumo cero. Los fenómenos de la aeroelasticidad son fundamentales para un sistema de gene- ración eólica y debemos empezar a verlo desde otra perspectiva. Dependiendo del caso debemos evadir el afán de evi- tar sus acciones en la estructura y por el contrario potenciarlo como fuente renovable de energía. Las variables que afectan al fenómeno de los vórtices son muchas, y aunque existen múltiples investigaciones al res- pecto sigue siendo un fenómeno algo desconocido. Para desarrollar un sistema viable basado en este tipo de acciones del viento el sistema debe ser capaz de adaptarse, sin que ello implique dema- siados cambios por cada proyecto. La integración de los generadores de energía eólica en fachada puede ser realizada sin sacrificar el concepto arqui- tectónico de un proyecto. Es posible desarrollar un diseño, como el propuesto en esta investigación, que cumple fun- ciones de protección solar y a la vez generar energía eléctrica. n Tabla 1. Frecuencias de vibración según constante de muelles. Tabla 2. Generación de voltajes. FRECUENCIAS DEL OSCILADOR ARMÁNICO MASA CONSTANTE K (4K) FRECUENCIA (HZ) FRECUENCIA ANGULAR (RAD/S) 3,66 KG 0,16 N/mm 18,05 Hz 113,42 Rad/s 3,66 KG 0,64 N/mm 36,10 Hz 226,84 Rad/s FRECUENCIAS NATURALES DE VIBRACIÓN SEG/DIA PROBABILIDAD POTENCIA DE UNA LAMA (W) POTENCIA DE UN MODULO (W) POTENCIA m 2 (W/m 2 ) 86.400 15% 1,311 W 32,78 W 2,98 W/m 2 5% 0,437 W 10,92W 0,99 W/m 2 1% 0,088 W 2,18W 0,198 W/m 2 18 AFL TECNOLOGÍA