Diseño y construcción de mecanismo de orientación y posicionamiento de lente de fresnel para impresora solar

Abstract

Durante el último tiempo, tanto los métodos de manufactura aditiva como la búsqueda de nuevos materiales aptos para aplicaciones a gran escala como, por ejemplo, la arquitectura ha recibido una gran cantidad de atención. Este proyecto tiene como objetivo la construcción de un sistema que ayude en la obtención de materiales para construcción por medio de impresión 3D, a partir de energía solar concentrada por medio de un lente de Fresnel. Para esto, se emplea una metodología de trabajo enfocada en 4 etapas diferentes, ingeniería conceptual, memorias de cálculo, ingeniería de detalles y finalmente la construcción. Este proyecto se enmarca en el programa de memorias multidisciplinarias Beauchef Proyecta y que incluye alumnos memoristas de la carrera de Arquitectura y de la misma carrera de ingeniería civil mecánica de la universidad de Chile. Este trabajo de título busca la obtención de un mecanismo capaz de manipular un lente de Fresnel. Esto, con el fin de aprovechar el efecto del calor concentrado sobre materiales que sea posible sintetizar por medio de su cambio de estado. Entre los materiales referidos destaca el caso de la arena, ya que esta al ser sometida a altas temperaturas, se logra su vitrificación. Sin embargo, luego de comprobar experimentalmente la capacidad del lente de Fresnel empleado en este proyecto, no se logró el efecto esperado sobre el material. Esto se debe principalmente a su capacidad de concentración para la potencia térmica, calculada en un valor cercano a los 640 [W] y el tamaño del área sobre la cual esta se aplica. Por otra parte, con la ayuda de un segundo lente, si se logró un cambio de estado en el material, comprobando así que es posible lograr un mecanismo que cumpla con este requerimiento. El mecanismo diseñado, tiene como fin orientar el lente de Fresnel de forma perpendicular al sol, según su posición en función de los ángulos de altura y azimut (coordenadas esféricas). Esto se logra empleando movimientos de rotación y desplazamiento de los elementos del mecanismo que soportan al lente en un eje de rotación situado por sobre la ubicación del punto focal. Todo esto, dispuesto sobre una base que rota por medio de rodillos sobre dos anillos concéntricos centrados en el punto focal. Por último, se dirá que el mecanismo obtenido cumple con la manipulación del lente como principal requerimiento, pero que no se cumplió con el objetivo de automatización propuesto. Sin embargo, se identifica a este como un prototipo, que servirá como antecedente para modelos futuros u otros proyectos asociados a este tipo de tecnologías, como mejoras de diseño o la optimización de su desempeño.