Empezamos a Construir el Heliostato casero

Capture_095Después de haber hecho el prototipo de heliostato con el Lego y ver que funciona nos hemos lanzado a realizarlo «de verdad». Además, como comentamos en un post anterior, en la web de www.cerebralmeltdown.com hay bastante información de como construir uno, tanto la mecánica, como la electrónica y el programa de Arduino para controlarlo.

Hace unos días pedí toda la electrónica por Internet y ya la tengo en casa así que estamos haciendo algunos bocetos para ver cómo quedaría el heliostato antes de lanzarnos a hacerlo de verdad al mismo tiempo que vamos probando los motores y viendo como conectar todo para hacer una prueba. Mi padre, que controla más este tema del diseño en 3D y la mecánica se encargará de construir el cacharro, y yo, de intentar moverlo con la electrónica; un buen equipo ¿eh?

Si hacemos memoria del prototipo de heliostato con el Lego que está unos post atrás, para construir un heliostato «sólo» hace falta hacer un dispositivo que sea capaz de mover un espejo en 2 ejes, para orientarlo al sol. Una vez tengamos esto pues ya sólo quedará automatizar el «invento» para que proyecte el sol dónde queramos. Veámos la electrónica que hemos comprado y los bocetos de la mecánica que vamos a construir.

La electrónica

Independientemente de la mecánica que después realicemos, para controlar el heliostato necesitaremos 2 motores paso a paso con sus controladoras y un Arduino (además claro de todos los elementos accesorios para conectar todo). Estuve mirando motores paso a paso por Internet y hay bastantes modelos dónde elegir. La principal característica a analizar es la fuerza de los mismos, ya que dependiendo de la reducción que metamos en el montaje (y del tamaño del heliostato) necesitaremos más o menos fuerza. Como cuando pedí toda la electrónica no teníamos demasiado claro todavía que mecánica ibamos a montar así que pedí unos motores de 9kg/cm de fuerza (torque) y un consumo máximo de 2A. Estos motores es más o menos lo máximo que podemos controlar con el Arduino con las controladoras que he comprado; si para nuestro montaje necesitáramos más fuerza tendríamos que usar otras controladoras más caras, así como otra fuente de alimentación, así que me decidí por estos, que creo que tienen fuerza de sobra y son más baratos.

Esta es la lista total de componentes que he comprado:

Elemento Cantidad Descripción
Motor Paso a Paso 2 9 kg/cm de torque y 2A de consumo. Formato NEMA 23
Controladoras 2 Big Easy Driver. Controladoras para motores paso a paso para Arduino. Para motores de hasta 2A de consumo por fase
Arduino 1 Arduino Uno rev3
RTC (Real Time Clock) 1 CronoDOT. Reloj en tiempo real para conectar al Arduino
Microinterruptores 2 Para controlar el final del recorrido de los espejos

Además de esto pues necesitaremos cables, termoretráctil, conectores pin, una caja para meter todo el montaje, soldador, estaño… vamos, lo normal. 😉

A continuación os dejo una fotillo de los componentes electrónicos:

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Por ahora, lo único que he hecho con la electrónica es hacer una pequeña prueba para ver cómo se mueven los motores paso a paso con el Arduino y la verdad es que funcionan muy bien. Parecen tener bastante fuerza. Las salidas de la controladora no las he soldado directamente a los motores, sino que he puesto por medio una regleta de conexiones, para que podamos montar / desmontar el conjunto con mayor facilidad. La idea es que podamos meter todo el montaje electrónico en una caja y tengamos un mecanismo para desconectarlo fácilmente del heliostato sin tener que desoldar. Os dejo una foto de todo conectado para hacer una prueba del motor:

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La controladora Big Easy Driver viene configurada por defecto para microstteping (16x) de tal manera que en vez de dar el motor 200 pasos por revolución pues da 3.200. Una vez tengamos todo montado seguramente lo cambiaré para hacerlos funcionar con menor resolución, pues con tantos pasos el motor gira muy lento y además pierde algo de fuerza. Por otro lado, la controladora viene sin disipador y si regulamos la misma para rendir 2A el integrado no aguanta… (vamos, que lo probé al máximo y empezó a oler a chamusquina). Ya veremos si necesitamos tanto amperaje; si es así tendremos que poner un disipador y/o ventilador a la placa.

La mecánica

Hemos estado dándole vueltas para ver cómo transmitir la fuerza del motor para hacer que se mueva el heliostato en horizontal y vertical. Las opciones barajadas han sido:
Sinfines y engranajes. Esta opción puede tener una reducción grandísima (1/100 más o menos) y permite hacer un montaje bastante reducido. Además, al utilizar sinfines, no tenemos que dejar el motor «bloqueado» cuando el heliostato no esté en movimiento, ya que el propio sinfín se encarga de que no se pueda mover el conjunto si no es moviendo el motor. La descartamos porque no conseguimos encontrar sinfines adecuados para el montaje.
Sólo engranajes. Esta opción es la más sencilla de construir pero tiene muy poca reducción, con lo que el motor se quedaría corto para mover el heliostato. No la hemos llegado a probar, pero para mover un espejo de un metro cuadrado o así, se nos antojaba que el motor se iba a quedar muy corto.
Actuadores lineales. Esta opción nos pareció la mejor y es por la que vamos a apostar. Un actuador lineal se construye fácilmente uniendo una varilla roscada al eje del motor y en el extremo de la varilla una tuerca. Al hacer girar el motor (suponiendo que éste y la tuerca están sujetos al heliostato) la distancia entre el motor y la tuerca se modifica (alejándose o acercándose) de tal manera que lo podemos acoplar fácilmente para conseguir el movimiento vertical y horizontal que necesitamos. Esta opción tiene la ventaja de que es fácil de construir, tiene también una reducción grandísima y no necesitamos dejar el motor bloqueado para que no se mueva el heliostato. Como desventajas, es un montaje «bastante grande» pues para conseguir el movimiento necesitaremos que el actuador lineal mida unos 50cms o así, de tal manera que hace más aparatoso el heliostato. Por otro lado, los actuadores lineales generan un movimiento menos preciso que otros sistemas, pero creo que para un heliostato es precisión de sobra. La mayoría de los montajes que he visto por Internet utilizan actuadores lineales.

Veamos algunas fotos de la maqueta en 3D. En la que se muestra a continuación se aprecia el montaje del actuador lineal usado para mover el espejo hacia la derecha-izquierda (azimuth).

Como comentamos antes, el eje del motor estará unido a una varilla roscada, que hará las veces de sinfín, rodando sobre una tuerca que estará unida al otro extremo del heliostato. Al girar el motor, la distancia entre el mismo y la tuerca variará, haciendo que se mueva el heliostato, como vemos en la siguiente imagen:

Para el movimiento hacia arriba-abajo (elevación) usaremos el mismo sistema.

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Eso es todo…. por ahora. Vamos a empezar a materializar este diseño y a preparar la electrónica y el programa a ver si tenemos dentro de poco el heliostato montado. ¡Seguimos informando!

5 comentarios sobre “Empezamos a Construir el Heliostato casero”

    1. Hola Jose!
      ya tenemos la mecánica casi lista y estoy liado con la electrónica. Para la semana que viene prometo fotos y quizás un video del helio moviéndose…. bueno, espero que se mueva, 😉

  1. Buenos días,

    Me gusta su interesante proyecto, y lo sigo para ver si me animo a construir también un heliostato.

    Quedo a la espera de ver mas imagenes y sus comentarios.

    Saludos y ánimos!!!

  2. Hola amigo muy bueno el proyecto y me interesaría mucho hacer uno aunque no tengo todos los conocimiento me parece.. t voy siguiendo para poder concretarlo , tango la intriga del código para arduino de donde lo obtengo ???? muchas gracias.. Saludos desde Argentina… Alejandro

  3. Hellow Mr
    how are you ?

    I see in yout chanel in youtube , you only have first video your project… you can post more video ?

    How are your heliostat in moment ? He are working ?

    send us news.

    thanks

    Eder

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