VEHICULO SOLAR .. UNA NUEVA FORMA DE MOVILIZARSE

Vehículo solar

Vehículo eléctrico propulsado mediante energía fotovoltaica, vencedor del South African Solar Challenge.

El Tûranor PlanetSolar (inglés) es un barco eléctrico alimentado por energía solar

Prototipo experimental de avión solar en vuelo

Un vehículo solar es un vehículo propulsado por un motor eléctrico (vehículo eléctrico) alimentado por energía solar fotovoltaica obtenida de paneles solares en la superficie del automóvil, lo que los diferencia de los vehículos de carga solar, en los que se emplea electricidad renovable que obtenida fuera del vehículo. Las celdas fotovoltaicas convierten la energía del sol directamente a electricidad, que puede o bien ser almacenada en baterías eléctricas o utilizada directamente por el motor.
A diferencia de los vehículos de carga solar, los automóviles solares no son actualmente una forma de transporte práctica. Aunque pueden operar por distancias limitadas sin el sol, las celdas son generalmente muy frágiles. Además, los equipos de desarrollo han enfocado sus esfuerzos hacia la optimización de la funcionalidad del vehículo, preocupándose poco por la comodidad del pasajero. La mayoría de automóviles solares sólo tienen espacio para una o dos personas.
Los automóviles solares compiten en carreras (a menudo llamadas rayces) como la World Solar Challenge, American Solar Challenge o la Carrera Solar Atacama. Estos eventos son a menudo apoyados por agencias gubernamentales, como el Departamento de Energía de Estados Unidos, que se ocupa de promover el desarrollo de métodos de propulsión alternativa. En estas competiciones participan a menudo universidades para mejorar las habilidades de sus estudiantes, aunque también han participado muchos equipos profesionales, incluyendo equipos de General Motors y Honda.

Cabina del piloto

La cabina del piloto normalmente contiene un solo asiento, aunque unos pocos automóviles también tienen un segundo asiento. Tienen algunos de los elementos comunes a cualquier automóvil, como frenos, acelerador, intermitentes, espejos traseros (o cámara), ventilación, y a veces control de velocidad. También se cuenta con una radio para comunicarse con el equipo.
Los automóviles solares vienen equipados con algunos indicadores como en los automóviles convencionales. Aparte de mantener el automóvil en la carretera, la principal tarea del conductor es vigilar los distintos indicadores para sortear posibles problemas. Los conductores también tienen un arnés de seguridad y a veces (dependiendo del tipo de carrera) un casco como el de los automóviles de carrera.

Sistema eléctrico

El sistema eléctrico es el más importante de los sistemas del automóvil, porque controla toda la potencia que entra y sale del conjunto. Las baterías juegan el mismo papel que el depósito de combustible en una automóvil normal como almacenamiento de energía para uso futuro. Los automóviles solares usan diversos tipos de baterías, incluyendo plomo, níquel-cadmio, y litio. Las baterías de plomo son más económicas y más fáciles de operar, pero la relación potencia/peso es mala. Típicamente, los automóviles solares usan voltajes entre 84 y 170 V
La electrónica de potencia regula la electricidad del automóvil. Los componentes de la electrónica de potencia incluyen los seguidores de potencia de pico, el control del motor y el sistema de adquisición de datos.
Lo seguidores de potencia de pico controlan la potencia que viene del dispositivo solar para maximizarla y suministrarla al motor. También protegen las baterías de sobrecargas. El controlador del motor maneja la electricidad que alimenta al motor de acuerdo a las señales que provienen del acelerador.
Muchos automóviles solares tienen complejos sistemas de adquisición de datos que monitorean todo el sistema eléctrico mientras que incluso los automóviles más básicos tienen sistemas que proveen información del voltaje y corriente de la batería al conductor. Uno de tales sistemas usa Controller Area Network (CAN).

Tren de transmisión

El conjunto del motor y la transmisión es singular en los automóviles solares. El motor eléctrico mueve normalmente una sola rueda (generalmente en la parte trasera) debido a la baja potencia necesaria. Los motores de los automóviles solares tienen generalmente entre 2 y 5 CV (1 a 3 kW); el tipo más común es un motor de corriente continua de doble bobinado sin escobillas. Este motor se usa también como transmisión porque las cajas de cambio son raramente usadas.
Hay tres tipos básicos de transmisión usados en los automóviles solares:

• Transmisión directa con una sola reducción
• Transmisión por correa de relación variable
• Transmisión directa

Existen variedades de cada transmisión. La más usada es la transmisión directa.

Sistemas mecánicos

Los sistemas mecánicos se diseñan para obtener el peso y la fricción al mínimo, pero manteniendo la rigidez. Se usan titanio y compuestos para asegurar una buena relación rigidez/peso.
Los automóviles solares tienen generalmente tres ruedas, pero algunos tienen cuatro. Los de tres ruedas tienen dos ruedas frontales y una trasera. Las frontales proveen la dirección y la trasera la sigue. Los de cuatro ruedas se disponen como en un automóvil normal o, similarmente a los de tres ruedas, las dos ruedas traseras se juntan.
Los automóviles solares poseen un amplio rango de suspensiones debido a la variedad de carrocerías y chassis. La suspensión delantera más usada es la de doble brazo articulado, mientras la trasera es del tipo de brazo articulado usado en motos.
Los frenos más usados son los de disco debido a buena capacidad de frenado y ajuste. Se usan tanto frenos mecánicos como hidráulicos y se diseñan para moverse libremente.
Los sistemas de dirección son muy variables. Los factores básicos de diseño de los sistemas de dirección son eficiencia, fiabilidad y alineamiento preciso para minimizar el desgaste de neumáticos y pérdida de potencia. La popularidad (en EEUU) de las carreras de automóviles solares ha llevado a ciertos fabricantes a diseñar neumáticos especiales. Esto ha incrementado la seguridad y las prestaciones.

Placas solares

Las placas solares constan de cientos células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad. Los automóviles pueden usar una variedad de tecnologías de células, frecuentemente de silicio policristalino, silicio monocristalino, o arseniuro de galio. Las células se conectan en cadena que luego se conectan entre sí para formar un panel. Estos paneles tiene normalmente voltajes próximos a los nominales de la batería. El propósito principal es tener muchas células en un espacio pequeño. Las células se encapsulan para protegerlas del clima y la rotura.
El diseño de una placa solar es algo más que juntar cadenas de células. La placa solar actúa como una cantidad de pequeñas pilas conectadas en serie. El voltaje producido es la suma de los voltajes de cada pila. El problema es que si una sola célula está en sombra actúa como un diodo, bloqueando la corriente de toda la cadena. Para evitarlo, los diseñadores usan diodos de desvío en paralelo con pequeños segmentos de la cadena, permitiendo que la corriente fluya por fuera de las células inactivas. Otra consideración es que la batería puede forzar una corriente contraria por la placa a menos que haya diodos de bloqueo puestos al final de cada panel.
La potencia producida por la placa solar depende de la condiciones meteorológicas, la posición del sol y la capacidad de la placa. Al mediodía de un día claro, una buena placa puede producir más de 2 kW (2,6 hp).
Algunos automóviles han empleado velas para aprovechar la energía del viento, lo que está permitido por los reglamentos.

Carrocería y chasis

Los automóviles solares tienen formas muy especiales y no hay normas establecidas de diseño. Se trata de minimizar la resistencia del aire, maximizar la exposición al sol, minimizar el peso y hacer los vehículos lo más seguro posible.
En los diseños de chasis el propósito es maximizar la rigidez y la seguridad mientras se mantiene el peso lo más bajo posible. Hay tres tipos de chasis:

• estructura espacial
• semi-monocasco
• monocasco

La estructura espacial usa tubos soldados que soportan la carrocería de resina. El chasis semimonocasco usa las vigas y cabeceras de resina para soportar el peso y está integrado en la parte inferior, con las secciones superiores a menudo unidas a la carrocería. La estructura monocasco usa la carrocería como una estructura que soporta la carga.
Las resinas compuestas se usan ampliamente en los automóviles solares. La fibra de carbono, el Kevlar y la fibra de vidrio son los materiales estructurales más frecuentes, mientras la espuma es el material de relleno. Las resinas epoxy se usan para unir estos materiales. Las estructuras de fibra de carbono y Kevlar son tan fuertes como el acero pero con un peso mucho menor.

Estrategia de carrera

Optimizar el uso de la energía es de suma importancia en una carrera de automóviles solares. Por tanto, es muy importante monitorizar la velocidad, consumo de energía, energía cargada a través del panel solar, entre otros muchos. Algunos equipos emplean telemetría que automáticamente observa y registra toda la información sobre el automóvil en tiempo real.
La estrategia empleada depende de las reglas y condiciones de la carrera. Estas carreras suelen tener un punto inicial de salida y llegada al que hay que llegar en el menor tiempo posible. Ya que la resistencia del aire aumenta con la velocidad, la energía también aumenta exponencialmente. Por tanto, la mejor estrategia es viajar a velocidad constante. Dada la variedad de condiciones en la carrera y el limitado aporte de energía, los equipos utilizan software que ayuda a los equipos a conocer la velocidad a la que debería viajar el automóvil.

Carreras solares

Dos de las carreras más importantes son World Solar Challenge y North American Solar Challenge. En ellas participan gran variedad de equipos universitarios y profesionales.
Los equipos profesionales participan en la camerina para dar a sus equipos de diseño experiencia trabajando con fuentes de energía alternativas y materiales avanzados (aunque algunos consideran su participación como un mero ejercicio de relaciones públicas). General Motors y Honda están entre las compañías que promocionan los equipos solares. Los equipos universitarios compiten en la carrera porque les da experiencia diseñando automóviles de avanzada tecnología y trabajando con tecnología de materiales ambientales y avanzados. Estas carreras suelen estar patrocinadas por agencias como US Departamento de Energía que están interesados en promover fuentes de energía renovables.
Los automóviles requieren equipos de soporte intensivo iguales a los equipos del mundo profesional del motor. Es en especial el caso del World Solar Challenge en donde las etapas de la carrera atraviesan países muy remotos. Hay otras carreras como Suzuka, Phaethon, y la World Solar Rally. Suzuka es una carrera anual en Japón y Peatón era parte de la Olimpiada Cultural en Grecia antes de las olimpiadas del 2004.
El 2005 North American Solar Challenge, que corrió por Austin, Tejas, hasta Calgary, Canadá..fue el sucesor del American Solar Challenge. El ASC corrrió en 2001 y en 2003 desde Chicago, Illinois, hasta Claremont, California a lo largo de la ruta 66. El ASC fue a su vez el sucesor del antiguo GM Sunrayce, que corrió a lo largo del país en 1990, 1993, y cada dos años hasta 1999.
El 2005 North American Solar Challenge tenía dos modalidades:

• Abierta: en la cual los equipos podían usar paneles solares de grado espacial – ganado por la University of Michigan.
• Limitada(Stock): limitaba el tipo de paneles que podían se usados en los "solar arrays" – ganado por la Stanford University.

La North American Solar Challenge fue promovida en parte por el Departmento de Energía de Estados Unidos. Recientemente, están surgiendo prospectos de una carrera tipo NASC en 2008. 18 equipos de toda Norteamérica acudieron a la conferencia en Topeka, KS en el 20-21 de octubre para decidir las reglas para una carrera en el 2008. Si se llegara a un acuerdo entonces es casi seguro que esta carrera tendría lugar.
El 20º cumpleaños de la carrera World Solar Challenge tendrá lugar en octubre de 2007, y ya parece que será una carrera para recordar. Cambios importantes en el reglamento tuvieron lugar en junio de 2006 para esta carrera, intentado reducir la velocidad de los automóviles en el evento, la cual se había acercado a la velocidad límite en años anteriores.
En 2011, en Chile, se realizó la primera carrera de autos solares a nivel Latinoamericano, en el desierto más árido del mundo: el Desierto de Atacama. Se trata del Atacama Solar Challenge 2011. Esta carrera está enfocada a estudiantes de todas las universidades de Latinoamérica, y cuenta de dos categorías: El Desafío Solar Atacama, y La Ruta Solar. Obteniendo el 1° lugar de la categoría Desafío Solar Atacama el vehículo solar "INTIKALLPA" de la Universidad de La Serena, gracias a estudiantes de la carrera de Ingeniería Mecánica y Minera Los Pelambres, entre otros.
En 2012, nuevamente se realizó la segunda carrera de autos solares a nivel latinoamericano. Dividida en 2 categorías como la edición anterior. Resultando ganador del Desafío Solar Atacama por 2° vez consecutiva el equipo "Antakari" de la Universidad de La Serena, pero esta vez participando con el vehículo solar "INTIKALLPA 2", recorriendo 1.300 km en 4 días. Siguiéndolo en 2° lugar el vehículo "EOLIAN 3" de la Universidad de Chile. Y en la categoría de los triciclos ganó el equipo solar "MECATRONICA" de la Universidad Católica de Chile.

BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo_solar

SCANNER 3D... UNA NUEVA INNOVACION

Escáner 3D

 

Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o una escena para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. La información obtenida se puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Desarrollados inicialmente en aplicaciones industriales (metrología, automóvil), han encontrado un vasto campo de aplicación en actividades como la arqueología, arquitectura, ingeniería, y entretenimiento (en la producción de películas y videojuegos).

Funcionalidad

El propósito de un escáner 3D es, generalmente, el de crear una nube de puntos a partir de muestras geométricas en la superficie del objeto. Estos puntos se pueden usar entonces para extrapolar la forma del objeto (un proceso llamado reconstrucción). Si la información de color se incluye en cada uno de los puntos, entonces los colores en la superficie del objeto se pueden determinar también.
Los escáneres 3D son distintos a las cámaras. Al igual que éstas, tienen un campo de visión en forma de cono, pero mientras una cámara reúne información de color acerca de las superficies dentro de su campo de visión, los escáneres 3D reúnen información acerca de su geometría. El modelo obtenido por un escáner 3D describe la posición en el espacio tridimensional de cada punto analizado.
Si se define un sistema esférico de coordenadas y se considera que el origen es el escáner, cada punto analizado se asocia con una coordenada φ y θ y con una distancia, que corresponde al componente r. Estas coordenadas esféricas describen completamente la posición tridimensional de cada punto en el modelo, en un sistema de coordenadas local relativo al escáner.

Tecnología

Hay dos tipos de escáneres 3D en función de si hay contacto con el objeto o no. Los escáneres 3D sin contacto se pueden dividir además en dos categorías principales: escáneres activos y escáneres pasivos. Hay una variedad de tecnologías que caen bajo cada una de estas categorías.

Contacto

Los escáneres 3D examinan el objeto apoyando el elemento de medida (palpador) sobre la superficie del mismo, típicamente una punta de acero duro o zafiro. Una serie de sensores internos permiten determinar la posición espacial del palpador. Un CMM (Máquina de medición por coordenadas) o un brazo de medición son ejemplos de un escáner de contacto. Se usan en su mayoría en control dimensional en procesos de fabricación y pueden conseguir precisiones típicas de 0,01 mm. Su mayor desventaja es que requiere el contacto físico con el objeto para ser escaneado, por lo que el acto de escanear el objeto quizás lo modifique o lo dañe. Este hecho es crítico cuándo se escanean objetos delicados o valiosos tales como los artefactos históricos. La otra desventaja de los CMMs es que son muy lentos en comparación con los otros métodos que se pueden utilizar para escanear. El movimiento físico del brazo donde se monta el escáner puede ser muy lento y el CMMs más rápido puede sólo operar en unos pocos cientos de hertz. Por contraste, un sistema óptico semejante al de un sistema de escáner de láser puede operar de 10 a 1000 khz.

Sin contacto

Activos

Los escáneres activos emiten alguna clase de señal y analizan su retorno para capturar la geometría de un objeto o una escena. Se utilizan radiaciones electromagnéticas (desde ondas de radio hasta rayos X) o ultrasonidos.

Time of flight (Tiempo de vuelo)

Este escáner Láser Leica puede ser usado para escanear edificios, formaciones rocosas, etc. y producir un modelo 3D. El equipo rota horizontalmente 360º, y un espejo deflecta el haz de medida hacia arriba y hacia abajo. El rayo láser es usado para medir la distancia al primer objeto que encuentre en su trayectoria.

Un escáner 3D de tiempo de vuelo determina la distancia a la escena cronometrando el tiempo del viaje de ida y vuelta de un pulso de luz. Un diodo láser emite un pulso de luz y se cronometra el tiempo que pasa hasta que la luz reflejada es vista por un detector. Como la velocidad de la luz C es conocida, el tiempo del viaje de ida y vuelta determina la distancia del viaje de la luz, que es dos veces la distancia entre el escáner y la superficie. Si T es el tiempo del viaje completo, entonces la distancia es igual a (C * T)/2. Claramente la certeza de un escáner láser de tiempo de vuelo 3D depende de la precisión con la que se puede medir el tiempo T: 3,3 picosegundos (aprox.) es el tiempo requerido para que la luz viaje 1 milímetro. Se utilizan láseres visibles (verdes) o invisibles (infrarrojo cercano).
El distanciómetro láser sólo mide la distancia de un punto en su dirección de la escena. Para llevar a cabo la medida completa, el escáner va variando la dirección del distanciómetro tras cada medida, bien moviendo el distanciómetro o deflectando el haz mediante un sistema óptico. Este último método se usa comúnmente porque los pequeños elementos que lo componen pueden ser girados mucho más rápido y con una precisión mayor. Los escáneres láser de tiempo de vuelo típicos pueden medir la distancia de 10.000 ~ 100.000 puntos cada segundo.

Resumen de características:

• Rápido muestreo.
• Dispone de un sistema de medición (contador) que se reinicia al alcanzar el objetivo.
• Suelen ser equipos de alta precisión (submilimétrica).
• Apto para trabajos de alta precisión en moumentos o elementos constructivos (para el análisis de las deformaciones).
• Generación de una alta densidad de puntos.
• Frecuencia oscilante entre los 10.000-100.000 puntos.

Algunos ejemplos de escáneres basados en el tiempo de vuelo:

• Callidus CP3200
• Leica ScanStation2
• Leica C10
• Mensi GS100/200 (ahora Trimble GX)
• Optech ILRIS
• Riegl (toda la gama)

TORNO CNC

Torno de control numérico o torno CNC se refiere a una máquina herramienta del tipo torno que se utiliza para mecanizar piezas de revolución mediante un software de computadora que utiliza datos alfa-numéricos,siguiendo los ejes cartesianos X,Y,Z. Se utiliza para producir en cantidades y con precisión porque la computadora que lleva incorporado controla la ejecución de la pieza.






FUNCIONALIDAD

Los ejes X, Y y Z pueden desplazarse simultáneamente en forma intercalada, dando como resultado mecanizados cónicos o esféricos según la geometría de las piezas.
Las herramientas se colocan en portaherramientas que se sujetan a un cabezal que puede alojar hasta 20 portaherramientas diferentes que rotan según el programa elegido, facilitando la realización de piezas complejas.
En el programa de mecanizado se pueden introducir como parámetros la velocidad de giro de cabezal portapiezas, el avance de los carros longitudinal y transversal y las cotas de ejecución de la pieza. La máquina opera a velocidades de corte y avance muy superiores a los tornos convencionales por lo que se utilizan herramientas de metal duro o de cerámica para disminuir la fatiga de materiales.


Ventajas:

• Permiten obtener mayor precisión en el mecanizado.
• Permiten mecanizar piezas más complejas.
• Se puede cambiar fácilmente de mecanizar una pieza a otra.
• Se reducen los errores de los operarios.
• Cada vez son más baratos los tornos CNC.
• Se reducen tiempos de mecanizado.

Como desventajas se pueden indicar las siguientes:

• Necesidad de realizar un programa previo al mecanizado de la primera pieza.
• Coste elevado de herramientas y accesorios lo que implica una elevada inversión.
• Conveniencia de tener una gran ocupación para la máquina debido a su alto coste.

Mecanizado en seco y con refrigerante

Hoy en día el torneado en seco es completamente viable y se emplea en numerosas aplicaciones. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. Una zona de temperatura de corte más elevada puede ser en muchos casos, un factor positivo.
Sin embargo el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para garantizar la evacuación de las virutas.
Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante.