Grupo 5 Tarea 3 TE2 2018 A

De Casiopea


Figura.theo.estructura.1.jpg


TítuloGrupo 5 Tarea 3 TE2 2018 A
Del CursoEstructura II 1º Semestre 2018
3
Alumno(s)Vicente Montes, Felipe Murillo, Florencia Perez, Camilo Paredes, Sebastian Martinez

Informe Final Estructura ll


                                                                                                                                                Grupo 5
                                                                                                                                                             Sebastián Martínez
                                                                                                                                                         Vicente Montes
                                                                                                                                                       Felipe Murillo
                                                                                                                                                          Camilo Paredes
                                                                                                                                                          Florencia Pérez
       
                                                                                                                                               Profesor:
                                                                                                                                                 David Luza
                                                                                                                                                           Bruno Marambio

Fecha: Jueves 19 de Julio 2018

Texto de descripción de la imagen

El proyecto se basa en los modelos del artista Theo Jansen, que consisten en generar energía cinética a partir de la fuerza del viento. Esto lo llevamos a una escala taller en un campo espacial 40x40x40. Con el objetivo de crear movimiento aplicando una fuerza lineal que se transforma en rotativa.

PROTOTIPO UNO

Antecedentes

Acercamiento a la forma

En una primera instancia se nos encargó hacer un modelo el cual estuviera conformado solo de papel, pudiendo usar otro material para hacer el cigüeñal y algunos detalles. En un primer momento, decidimos fabricar tubos de papel enrollado, los cuales unidos por alambre conformarían las distintas partes de la estructura. Tanto el cigüeñal como la separación entre patas estaban conformadas del mismo alambre. Sin duda, parecía un método constructivo que prometía rigidez y la vez una manera de montar la estructura que se haría de manera fluida y eficaz.

Problemas de la forma

La innumerable cantidad de detalles sin calcular y la falta de prolijidad constructiva evitaron que nuestro primer prototipo tuviera éxito, todo esto, sin mencionar que el material ocupado no cumplía con la resistencia necesaria para soportar la estructura y menos el movimiento que se necesitaba para que este avanzara. El material Aun cuando los rollos de papel hilado tenían una buena resistencia, el material tendía a desgastarse con mucha facilidad, sobre todo por el rose que se generaba con el alambre, donde el movimiento expandía los orificios, rompiendo el papel y debilitando las uniones. El alambre elegido no fue el correcto dado que su espesor era muy fino y se doblaba con mucha facilidad. A la hora de hacer el cigüeñal, este se deformaba debido a que la fuerza que generaba el movimiento era superior a la resistencia del alambre. El cigüeñal Sin duda, el cigüeñal es una de las partes más importantes del mecanismo, por ende, si el cigüeñal no funciona o está mal hecho, es imposible que la estructura se mueva. El primer problema fue que no supimos cuándo armarlo. Ensamblamos todas las partes, incluyendo el cigüeñal, pero sin ángulos, intentando hacer lo dobleces cuando el prototipo estaba ensamblado por completo. Lo dio como resultado un cigüeñal muy irregular y deformado por completo. En una segunda instancia, hicimos un nuevo cigüeñal de manera independiente a todas las demás partes, para así lograr que tuviera una forma más regular y poder ensamblar la estructura con el cigüeñal ya hecho. El problema de esta decisión fue que no calculamos los largos, quedando un cigüeñal demasiado grande, impidiendo así lograr el giro completo. Las uniones El tipo de unión utilizado no fue el correcto debido a que el roce generado entre alambre y papel desgastaba el material. De igual modo, la unión de alambre no era muy resistente, debido a que con el movimiento, estas se abrían desarmando la estructura. Otro aspecto a considerar, era la indeformabilidad del triángulo, ya que, al tener este tipo de uniones, la propiedad no se cumplía por la holgura que se generaba en los vértices de los triángulos. Inestabilidad Dado todos los errores descritos anteriormente, la inestabilidad de la estructura es inevitable, la falta de rigidez, la holgura en las uniones y el desgaste dificultan que el prototipo se mantenga en pie. En este primer intento el chasis era del mismo alambre delgado, por ende, el peso de la estructura complicaba que se quedara en pie por si sola.

Prototipo 1


PROCESO CONSTRUCTIVO Para la manufacturación de la estructura hicimos rollitos de papel, considerando que era la forma más resistente en su uso, para así darle estabilidad y reducir la tensión. Para las uniones, agujereamos los tubos y los atravesamos con alambre para establecer los vínculos. Al tener listas la mayoría de las piezas, construimos un primer prototipo de la unidad de movimiento. Imitamos el movimiento rotatorio del cigüeñal para ver el movimiento en el aire. Tomamos la decisión de que tres de estas unidades serían suficientes para lograr el equilibrio y movimiento en el suelo. El siguiente paso fue armar las tres unidades en una secuencia coplanaria. Para erguir las caras, decidimos darle forma al chasis atravesando los puntos que deberían permanecer inmóviles. Con el objetivo de distanciar las caras y mantenerlas en su eje, colocamos separadores de papel entre ellas. Con el chasis armado, las caras lograron la estabilidad suficiente para parar la estructura y poder verla en su totalidad. Completada la estructura, nos faltaba agregar el movimiento para lograr el funcionamiento del mecanismo. Decidimos que el perfil del cigüeñal tendría pliegues en 180°. Teniendo ya atravesado un alambre en el eje del cigüeñal, medimos al ojo los dobleces y con la ayuda del alicate fuimos dándole forma. Cuando el cigüeñal estuvo terminado probamos el movimiento.


PRUEBA

El prototipo se sostenía con dificultad. Luego caímos en la cuenta de que el cigüeñal no giraba y que todo el mecanismo se había desgastado. No logramos que diese un paso.

INFORME 1

Relato técnico Desarrollar un prototipo basado en las esculturas cinéticas de Theo Jansen. Que se desplace por una única carga lateral (transformación del movimiento lineal a uno rotatorio), dentro de un campo espacial, y basándose en el principio de la indeformabilidad del triángulo. Previo a la manufacturación, recolectamos información, a partir de videos, sobre las obras, y la construcción de los mecanismos a menor escala. Luego, considerando opciones, tomamos la decisión de construir el movimiento a partir de unidades lineales que se conectarían por el cigüeñal y el chasis.

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HIPOTESIS

Si trabajamos el mecanismo en base a tubos de papel que otorguen rigidez al mecanismo, entonces éste logrará desplazarse con fuerza lineal.

RESULTADOS:

El tipo de alambre nos jugó en contra por su delgadez. Se deformaba a medida que los probábamos, por lo que el movimiento iba perdiendo fluidez. Previo a la entrega decidimos rehacer el cigüeñal para recobrar el movimiento, pensando en redefinir los bordes y cambiando el grosos del alambre. Tuvimos que desarmarlo completamente. Ahora fuimos armando pieza por pieza incluyendo la forma del cigüeñal al momento, porque así podíamos cuidar mejor la manufactura de este. Al terminarlo caímos en la cuenta de otro problema. Los pliegues que se desprenden del cigüeñal y conectan con los ojos de las caras, quedaron muy largos, por lo que el movimiento rotatorio era frenado.

ESCALA DE LOGROS:

2. Hay una voluntad de movimiento inicial, aunque finalmente no logre el desplazamiento.


CONCLUSIÓN:

Al terminar el primer prototipo éste funcionaba, es decir, lograba el movimiento que buscábamos, sin embargo, la rotación se daba de manera forzada, principalmente, debido a que el cigüeñal no cumplía con la medida óptima para realizar el giro fluidamente. Por otro lado, la facturación del prototipo no resultó de la manera más prolija a la hora de montar la estructura. También caímos en la cuenta de que el papel enrollado no fue la mejor forma de tratar el material para cumplir los objetivos, esto por su condición frágil (en el sentido del desgaste por el movimiento) y deformable. El alambre utilizado era demasiado delgado y no poseía la resistencia adecuada para mantener su forma. Todos estos errores, sumados a que en la unión entre los rollos de papel y el alambre existía un gran vacío que no alcanzaba a llenarse, generaba un movimiento constante entre estas formas. Produciéndose así un desgaste acumulativo del mecanismo. En este desgaste, el mecanismo dejó de funcionar y el movimiento se bloqueó. Entonces decidimos arreglar el cigüeñal. Cambiando el alambre por uno más grueso y dándole más precisión a las medidas. Pero este intento de modificación concluyó en un nuevo error. Las medidas de los dobleces del cigüeñal nuevo no permitieron la rotación en las uniones.


Concluimos que la medida del cigüeñal no era la correcta, debido a que el largo de este superaba lo necesario para realizar un giro continuo y fluido, muy por el contrario, se trababa y el movimiento se interrumpía debido a que la rotación no lograba efectuarse completamente. Por otro lado, los vínculos no fueron los correctos. A la hora de construir el prototipo no supimos cómo fabricar uniones que fueran resistentes a la fuerza que genera el giro, la estructura se forzaba colapsando los vínculos y desarmando la estructura.


POSIBLES MEJORAS

Uno de los modos de mejorar la forma de tratar el material es generar volúmenes construidos en vez de papeles enrollados. De esta manera el sistema mantendría su estabilidad y podríamos darles forma a 6 patas con sólo 3 volúmenes. Para el cigüeñal, tenemos que darles los ángulos correctos a los dobleces, utilizar un alambre difícil de deformar y darle las medidas correctas para generar un movimiento fluido. También debemos trabajar de manera pulcra y limpia para evitar todo tipo de complicaciones que un mínimo desperfecto nos podría ocasionar.

Detalles

PROTOTIPO DOS

EXPERIENCIA CONSTRUCTIVA:

Para la construcción de las patas se trazaron largas huinchas que luego se semi-cortaron para obtener los quiebres. Esto fue un trabajo rápido en serie que no requirió mucha detención. El pegado se obtuvo a través de silicona líquida dejando las patas en su forma final. A continuación, vino la construcción del cigüeñal en conjunto con su chasis. Para el cigüeñal se conversó largo rato sobre como poder realizarlo a la perfección, y se llegó a cierto molde que ayudó a la construcción de este y sus ángulos. El cigüeñal quedó perfecto, totalmente recto y con sus ángulos bien posicionados, pero al ir uniéndolo con los largueros se fue flectando y perdiendo su forma. Posteriormente se intentó enderezar la estructura con un chasis que uniera ambos costados, pero no se logró el propósito.

PRUEBA:

Durante la prueba en clases, caímos en la cuenta de que no estábamos trabajando con la indeformabilidad del triángulo, sino con marcos rígidos construidos en volumen. Lo importante aquí es saberlo, ya que no es necesaria la reconstrucción del sistema abordando estos triángulos. El mecanismo no logró desplazarse.

INFORME 2:

Al pasar del papel al cartón queda obsoleta la primera teoría, por lo que surge la idea de trabajarlo de manera laminar. Así todo el proceso constructivo se hace mucho más rápido ya que las uniones de las patas eran inmediatamente logradas por semi-cortes y no era necesario colocarles ganchos de alambre. Para el rearmado la construcción propiamente tal de las patas no presenta una mayor problemática, sino que ahora lo es con mayor intensidad la construcción del chasis y del cigüeñal.

RELATO TECNICO:

Para la construcción de este nuevo prototipo consideramos: - La idea del marco rígido para mantener una rigidez y abarcar un volumen mayor con cada pata. - La construcción de un cigüeñal con un alambre de mayor grosor y con una diferencia de 72° para que se genere un paso en cadena. - Utilizar el cartón con las ventajas que éste tiene, como, por ejemplo, que un semi-corte permite el movimiento sin que se separen las piezas.

- Unir las patas de forma transversal con 2 alambres que lleguen a volúmenes construidos en cartón para mantener la rigidez y hacer como un chasis en totalidad.

HIPOTESIS DE RESULTADO:

Si desarrollamos un prototipo volumétrico y laminar, entonces mejorará la estabilidad de la estructura, facilitando así el movimiento del mecanismo.

RESULTADOS:

La fuerza de empuje ejercida por las manos, independiente de en dónde se ejerciera, no logró provocar el movimiento rotatorio de las patas. Entonces no se logró el desplazamiento de la forma.

ESCALA DE LOGROS:

3. Hay desplazamiento con interacción de varias fuerzas (vectores)

Figura.theo.estructura.5.jpg
Figura.theo.estructura.6.jpg



CONCLUSIÓN:

Dada la dificultad con la que logramos, momentáneamente, unir los largueros con el cigüeñal éste se comenzó a deformar (por la fuerza ejercida en el pegado y por la ejercida al intentar generar el movimiento deseado) y de esta forma llegó a deformar y desalinear las patas. También aquí aparece la construcción de un chasis que no mantiene la rigidez necesaria, generando así la intensificación de lo dicho anteriormente. El movimiento se empezó a dificultar cada vez más hasta que llegamos a la conclusión de que debíamos encontrar otra forma de mantener la rigidez del mecanismo. Como conclusión para revertir estos errores ideamos un nuevo chasis que contemple tanto la mantención de la distancia entre las patas como el alineamiento del cigüeñal con los otros dos alambres que atraviesan la forma.

POSIBLES MEJORAS:

Para el próximo prototipo se plantea disminuir la cantidad de patas para tener un menor margen de error. Se corregirá la forma del cigüeñal, por sus leves deformaciones. Se armará nuevamente el chasis, incorporando barras de aluminio que le den una mayor rigidez a esta parte del mecanismo. Se mejorarán los vínculos utilizando tuercas enrolladas con masking tape para lograr un mejor agarre con los largueros.





TERCER PROTOTIPO

Introducción A lo largo de los meses se trabajó en la réplica de un modelo a escala del escultor Theo Jansen. Consiste en una reproducción de una escultura cinética la cual responde a una fuerza horizontal externa, la que por medio de un mecanismo se transforma en una fuerza rotatoria ejecutando un movimiento de translación. Trabajamos en un campo espacial de 40 en donde los detalles constructivos hacen la diferencia a la hora de hacer funcionar el mecanismo. Algunos de los requerimientos que tiene el proyecto es incluir los siguientes elementos en su fabricación. Chasis, Cigüeñal, Bielas y Patas. Sin duda, estos conceptos se estudiaron antes de la construcción del prototipo para entender cómo se articulaba y qué rol cumplían en el funcionamiento del mecanismo. Se hicieron distintos modelos y muchas mejoras para lograr que el mecanismo funcionara, sin embargo, fallas constructivas y el material elegido fueron algunos de los detalles que dificultaron lograr un prototipo ideal.

MEJORAS REALIZADAS

Del prototipo anterior conservamos algunos de los elementos estructurales y éstos fueron reutilizados para la construcción del prototipo final. Las piezas que no se encontraban en condiciones óptimas de funcionamiento o se habían desgastado fueron reemplazadas por nuevas formas o nuevas soluciones. Las patas se encontraban en buen estado, por lo que reutilizamos 10 de las 12 anteriores. Uno de los elementos claves para reconstruir el prototipo fue el eje que conecta un mismo punto de hileras de patas a cada lado. Con respecto al anterior, lo reemplazamos por un tubo metálico de 4mm, para aumentar el grosor e impedir que se flecte. Luego, para la confección del chasis conectamos la esquina superior e inferior de cada lado e incorporamos un eje que se sitúa por delante y por detrás del mecanismo, conectado por los ejes que atraviesan entre patas, para darle rigidez y confinar el movimiento de las patas a la medida del movimiento vertical que estas tienen. Por último, hicimos un sistema que permita insertar y remover el cigüeñal sin desarmar el mecanismo. El cigüeñal ahora estaría deformado con 5 pliegues de 90 grados, en el plano de corte, con respecto a los otros pliegues.

PROCESO CONSTRUCTIVO:

Para mejorar el movimiento del prototipo se disminuyó la cantidad de patas,para así disminuir el margen de error. De esta manera se eligieron las mejores para realizar el último prototipo. Al reciclar estas patas lo único que se tuvo que construir de nuevo fue el cigüeñal, para luego vincular todo de mejor manera. El cigüeñal se construyó de la misma manera que antes (se deformó el alambre basándose en una matriz) pero se cambió el tipo de vínculo. Tubos de papel para lograr un menor roce con el alambre. Además, se instaló un nuevo chasis que le daría más rigidez a la estructura. Estos arreglos se hicieron con tubos de aluminio que atravesaron las patas de extremo a extremo. Finalmente, el vínculo entre los tubos de papel y los largueros se pegó con silicona caliente (cosa que posteriormente daría problemas por el débil agarre que daba la silicona).


PRUEBA:

El día de la prueba el prototipo sufrió ciertos percances que entorpecieron la muestra futura de su desplazamiento. Al probarlo, el día anterior, lograba moverse con el esfuerzo de varios vectores que tiraban desde sus lados. Sin embargo, al traer el mecanismo a la escuela, se despegaron algunos largueros del cigüeñal y éste se deformó ligeramente. Durante la prueba se intentó desplazar el prototipo por medio de cables ubicados en distintos puntos del mecanismo. Al tirar de los cables, el Rhinocerus, no logró mover sus patas, sino que las arrastraba. El cigüeñal no estaba moviéndose como debía, algo lo trancaba. Es por estas razones que al tirar se arrastró hasta caer hacia un lado, puesto que perdió apoyo en uno de sus lados. Tras varios intentos el prototipo no pudo lograr su objetivo, incluso se fue deformando y despegando aún más, destruyéndose, en cierta medida, el trabajo realizado.

INFORME 3 Relato técnico: Para la construcción del prototipo final buscamos perfeccionar los conceptos de marco rígido, mediante el adosamiento de otros ejes que cuiden la medida del movimiento. Por otro lado, tratamos de regular la llegada de vectores al cigüeñal, ajustando los ejes de las patas para que fuesen simultáneos.

Hipótesis de resultado: Si trabajamos un sistema de pliegues en 90 grados se van a distribuir mejor las cargas de las patas al cigüeñal. Y si a esto se le suma, la confección y la resistencia de la estructura para sostener el movimiento, entonces se logrará el movimiento deseado.

Resultado: A pesar de los cambios y las mejoras realizadas el prototipo final no logró desplazarse ni por empuje ni por tire. De hecho, los vínculos cedieron al igual que las patas. El movimiento, por tanto, el desplazamiento del mecanismo, se vio desfavorecido por la imposibilidad de resolver los vínculos de las patas al cigüeñal. Dada esta situación, las patas, comenzaron a despegarse de sí mismas y el cigüeñal se fue deformando por las fuerzas mal ejercidas. La unión de las patas a los vínculos requirió de una gran cantidad de silicona, entonces, las distancias que tomaron cada una por sí sola de estos vínculos, generó una diferencia que culminó en la separación de éstas. Los vínculos se ven restringidos solamente en el eje Y. Éstos se encuentran fluctuando entre 3cm hacia arriba y 3cm hacia abajo. Luego, estas uniones tienen 2 grados de libertad: en X y en Momento. En cambio, con respecto al mecanismo en sí, dado que en cada eje aparecen 2 vínculos, aparecen dos grados de libertad restringidos: el Momento y el eje Y.

Escala de Logros: 3. Hay desplazamiento con indicación inicial de un único empuje.


CONCLUSIÓN:

Podemos concluir que para la construcción de un prototipo que logré transformar la energía lineal en energía rotatoria es necesario un proceso de ensayo y error. Independiente de que tengamos las herramientas y la información necesaria a la mano (como internet o libros), al pasar de las ideas o la información ya interiorizada a la escala real aparecen distintas dificultades en el camino. Para luego tomar nuevas decisiones y lograr entender en completitud los mecanismos de estudio. También podemos destacar que es necesaria una fineza para la construcción de todas las partes con justeza y exactitud. Tanto vínculos como volúmenes construidos. Además, las piezas deben mantenerse a distancias exactas. Para ello se necesita un chasis como forma única que mantenga todas las formas en su posición ideal, negándoles cualquier tipo de inestabilidad inminente. Es importante destacar que la construcción en base a la indeformabilidad del triángulo trae varios beneficios como mantener la rigidez independiente de cuánto material se use o de si existen volúmenes construidos. Aparece como solución al peso que puede dificultar el desplazamiento, manteniendo la rigidez de las formas.

Prototipo final