Montando el Heliostato Casero y ¡primeras pruebas!

helio2Lo bueno de haber invertido tiempo haciendo las maquetas del heliostato en 3D (que aunque en el post anterior sólo puse la definitiva, se hicieron muchas más) es que una vez que la tienes lista y comprobado que mecánicamente funciona ya te puedes poner a construir directamente sabiendo que el montaje va a funcionar. Los materiales utilizados en la maqueta (como los rodamientos y demás) ya los teníamos en el taller, así que hemos realizado el diseño en función a los materiales que teníamos. Lo único que nos ha hecho falta mandar a construir a una herrería son los cortes de las piezas de hierro y a un tornero los asientos de la varilla roscada.
Pues nada, diseñar, enviar piezas a hacer, pasar unas cuantas (o muchas, jeje) horas montando….. y ¡listo! Mirad como ha quedado todo. ¿Tiene buen aspecto no?

El chasis

Para construir el chasis hemos utilizado una viga en U de hierro, palos de madera que teníamos en el taller y todas la uniones y puntos móviles con placas de hierro. Imaginamos que los palos de madera se deteriorarán cuando el heliostato esté en el exterior, pero ya los teníamos y la madera es fácil de trabajar. Si vemos que con el tiempo se degradan, es fácil sustituirlos por piezas metálicas.
Lo primero ha sido enviar a una herraría a cortar todas las piezas de uniones de las vigas y de partes móviles.

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Estas placas de hierro van soldadas a la viga de hierro para formar lo que será el marco del espejo, como se ve en la imagen siguiente:

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A las dos pletinas soldadas a cada extremo de la viga van atornillados los palos de madera que formarán una «U» sobre la que el espejo se balanceará para poder moverse verticalmente (en altitud). Las partes móviles se han realizado con tornillos roscados a las pletinas de hierro, a las que previamente se les ha soldado una tuerca. Así quedaría el eje móvil que permite el movimiento en altitud del espejo:

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Para poder mover el heliostato horizontalmente (azimuth) hemos hecho un soporte soldando las placas de hierro, al que hemos unido dos rodamientos con un eje y una base circular que posteriormente soldaremos a la «U» que hemos realizado antes:

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Terminando de soldar y atornillar todo el conjunto, pues ya tenemos la estructura que permitirá mover el espejo en altitud y azimuth. La verdad es que el movimiento es realmente bueno, no hace falta apenas esfuerzo para poder mover el heliostato. El montaje final de la estructura queda así:

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Bueno… parece un poco simple, pero tiene trabajo montar todo esto. Si queréis ver muchas más fotos del montaje paso a paso aquí tenéis un enlace a mi álbum de Picasa.

Los actuadores lineales

Como vimos en el post anterior, hay varias alternativas para darle movimiento al heliostato, y los actuadores lineales nos pareció la mejor opción. La opción más sencilla es unir un extremo de la varilla roscada al motor y el otro a un eje del heliostato con una rosca, de tal manera que al dar vueltas el motor se acorte la distancia del mismo con la tuerca (fija al chasis) y así se produzca el movimiento. Pero este montaje nos hace que tengamos que utilizar varillas roscadas demasiado largas, y al moverse el heliostato hacia un extremo, la varilla roscada sobresaldrá de la máquina. Lo que hemos hecho es una especie de actuador lineal «retráctil»; por hacer un símil algo parecido a los amortiguadores de los maleteros de los coches. Hemos cogido un tubo de hierro y en el extremo le hemos soldado una tuerca. La varilla roscada va por dentro del tubo, de tal manera que al «contraerse» el actuador lineal, la varilla queda oculta dentro del tubo y no sobresale de la máquina como en la opción anterior. Hay que prestar especial cuidado a calcular bien las dimensiones de la varilla y el tubo para que al moverse el heliostato hacia un extremo no se salga del mismo.

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Como comentamos, a un extremo del tubo se soldará una tuerca, y en el otro, una pletina con un taladro que nos servirá para que el actuador lineal pueda moverse correctamente.

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Conectando los motores

Lo siguiente es hacerle unos soportes a los motores de tal manera que podamos unir el eje a la varilla roscada y el motor al chasis del heliostato, y así puede moverse. Utilizando perfiles de aluminio y varillas roscadas hemos realizado los soportes:

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Uniendo todo ya tenemos los actuadores lineales listos para darle movimiento a la máquina:

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Para que los motores puedan moverse libremente utilizamos el mismo sistema que en el resto del chasis: utilizar tornillos como ejes de giro:

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Así queda el actuador lineal de altitud totalmente montado:

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Conectando la electrónica

En el post anterior ya vimos que había probado la electrónica y los motores parecían moverse correctamente. Ahora lo que queda es conectar las dos controladoras y todos los cables necesarios para controlar los motores. También deberemos conectar el RTC (Reloj en Tiempo Real) mediante el bus I2C del Arduino. Toda la electrónica la meteremos en una caja estanca de exterior (esperemos que aguante la intemperie). Para sujetar la electrónica a la misma lo que haremos es sujetarla a un panel de madera mediante tornillos y tubos de silicona (a modo de separadores) y después uniremos dicho panel a la caja con un tornillo. Así podremos extraer toda la electrónica de la caja en cualquier momento.
El panel con los «separadores» quedaría de la siguiente manera:

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El tubo de silicona nos servirá tanto para aislar la circuitería como para sujetarla a los tornillos. Os muestro una imagen con todo terminado y listo para montarlo en el heliostato:

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Probando todo

Bueno, y ahora un buen rato soldando cables, metiendo la electrónica en la caja y demás… Para controlar el heliostato he utilizado el programa para Arduino detallado en la página www.cerebralmeltdown.com. El programa que explican aquí tiene bastantes funciones interesantes, como controlar varios heliostatos, poder cambiar el «target» al que se refleja el sol, etc. A mi el programa me daba algunos problemas y se me colgaba a veces, así que he desactivado la mayoría de las funciones que no voy a utilizar. Así el programa es más simple y fácil de depurar y ahora parece que funciona todo correctamente. Una vez lo tenga funcionando a la perfección empezaré a activar las funciones que me interesen.
El funcionamiento del programa es el siguiente:
– Al resetear el Arduino, la máquina se mueve al extremo de cada uno de sus ejes (azimuth primero y después altitud). Cuando llegan al extremo (marcado por un microinterruptor) se para y retrocede unos grados (para no dejar pulsado el microinterruptor). De esta manera, la máquina sabe ahora los grados que forman cada uno de sus ejes (pues los hemos medido antes e incluido en el programa).
– Una vez hecho el reset o calibrado, el programa calcula la posición del sol y el destino (target) dónde tiene que proyectar la luz y mueve el espejo hacia la posición calculada.
– Cada 30 segundos se actualiza la posición para mantener el sol en el mismo punto a pesar de que el sol va cambiando de posición con el tiempo.

Para modificar el target y depurar el programa utilizaremos el puerto serie, conectando el Arduino al PC.
Aquí os dejo un video de las pruebas. No se mueve nada mal…

Lo siguiente será impermeabilizar la electrónica (motores, microinterruptores, Arduino, etc) y terminar de probar y ajustar, antes de subirlo a la azotea dónde estará su ubicación habitual para proyectarnos el sol en el salón. ¡Seguid atentos, que en breve….. más!

7 comentarios sobre “Montando el Heliostato Casero y ¡primeras pruebas!”

    1. Hola Sandra! ¿Que necesitas exactamente? Si tienes experiencia construyendo este tipo de cosas revisa en el blog la información para construirlo y cualquier duda me comentas. Si no eres manitas con estas cosas te puedes comprar ya uno hecho, en el propio post vienen enlaces a sitios comerciales dónde venden «girasoles» que te pueden venir bien para lo que comentas.

      Chao!

  1. Hola Ugo, estoy detrás de hacer un heliostato y veo que el tuyo está muy currado. He empezado por un Kit de iniciación de Arduino (enciendo y apago leds, jeje)……el caso es que a parte de otras cosas me preocupa el tema del aislamiento de todo el equipo (circuitos, motores, sinfines….). Yo quiero dejarlo completamente a la intemperie. Has resuelto este problema??

    Por otro lado pensaba hacerlo con sinfines y engranajes, para reducir los mecanismos, pero creo que eso va subir el precio considerablente. Yo parto de no tener nada y tendría que encargar parte del material.

    No sé…sólo quiero algún consejo tuyo debido a tu experiencia……Gracias anticipadas!!

  2. Espectacular!Felicidades! Seguro que habeis disfrutado de lo lindo.
    Me gustaría hacerme con un kit pequeño de Heliostato porque lo encuentro muy educativo para mis hijos. Tengo Arduino Uno y me gusta trastear con él pero he visto que en la web de cerebralmeltdown recomiendan el Arduino Mega 2560 porque el uno le queda pequeño. Comentas que le has quitado un montón de funciones que no se necesitan. Con estas funciones quitadas, es suficiente con el uno? Como te comento, he estado buscando un kit heliostato para aprender su funcionamiento y el que más se ha acercado es un seguidor solar educativo (http://todoelectronica.com/kit-n%C2%BA1-seguidor-solar-para-montar-p-69743.html) en todoelectronica. Crees que se adaptaria el programa de cerebralmeltdown para utilizarlo como heliostato?
    Muchísimas gracias y felicidades una vez más.

  3. Hola quisiera saber mas de su producto o laguna solucion para mediante
    la luz del dia iluminar partes de una vivienda residencial en donde no
    llega la luz y asi evitar el consumo energetico en el dia, cual seria
    la solucion? ¿Cual seria el precio de todo el sistema implementado ?¿Como seria el funcionamiento del sistema?
    Saludos.-

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