¿Cómo puedo hacer un reloj de molino de agua horizontal tecnológicamente correcto?

Contexto

Mientras trabajaba en algunas ideas mecánicas (y practicaba arte), quería ver cómo representar el tiempo de manera creativa. Así que decidí hacer un molino de agua horizontal parecido a una turbina, que tiene marcadores en los bordes exteriores y una pala con una flecha apuntando hacia afuera para indicar la hora. Aquí está mi boceto aquí 1 , y he vuelto a dibujar un plano muy, muy básico que puedes reutilizar si lo deseas:

Diseño vectorizado del reloj del molino de agua.

Imagina que colocas un reloj circular sobre una mesa. En sus centros emergen rayos regularmente espaciados, similares a los de un molino de agua o una turbina y que alcanzan el borde interior del círculo (solo hay un pequeño espacio entre ellos). Una de las hojas tiene una flecha apuntando hacia afuera, que apunta unos marcadores en un círculo. Es la manecilla de la hora. Una tubería externa da agua directamente al reloj y otra la libera. Cuando envías agua, mueves estas aspas, moviendo la manecilla de la hora y cambiando la hora.

Problemas

Como verá un buen ojo en mi boceto, lo más probable es que haya errores en el dibujo. Eliminemos las proporciones dudosas y otros defectos técnicos del arte, que son más habilidades de dibujo y problemas de enfoque: p, y hablemos de la velocidad de la rueda y la física fluida. Aquí están los dos pensamientos principales que tengo:

En primer lugar, mi intuición poco sofisticada me dice que estamos muy lejos en cuanto a la cantidad de agua entrante (~entrada de grifo bastante grande) con respecto al tamaño del reloj. Si pensamos que la estructura dibujada tiene 2 o 3 m de diámetro, el flujo parece ser demasiado alto para tener la velocidad en la que la viga se mueve a 30°/hora (es decir, dar una vuelta completa cada 12 h). O... Tal vez arruiné cuáles deberían ser las formas del rayo y de dónde debería venir el agua y la cosa no se mueve en absoluto, no lo sé. Soy así de malo sacando torbellinos de modelos precisos de física del agua.

Entonces, ¿esta cosa alguna vez se movería sin desbordarse? Quiero decir, a diferencia de otras turbinas horizontales que observé, hay poco o ningún espacio entre las aspas y el piso, lo que significa que el agua no puede evacuarse debajo de las aspas. Lo mismo puede decirse del espacio entre la cuchilla y la tubería de entrada, ya que cuando una cuchilla pasa por la tubería, el agua no puede realmente usar la capacidad del cilindro para deshacerse del agua.

Entonces, ¿cómo puedo hacer de esto un reloj de molino de agua anatómico... tecnológicamente correcto?

Es decir, ¿qué problemas hay en el modelo actual, incluidos potencialmente otros que no se destacaron anteriormente, y qué puedo hacer para hacerlos más plausibles, con respecto a la física del mundo real y siguiendo las intenciones a continuación? Básicamente, quiero que esto sea más preciso físicamente que lo que hice.

Metas a alcanzar

Mi objetivo de reloj de molino de agua es decir horas y medias horas, en lugar de minutos o segundos. Como tal, no me importa mucho si hay saltos "repentinos" en el movimiento del molino de agua, siempre y cuando puedas predecir que son alrededor de las 11:00 o las 11:30. Sin embargo, el reloj debería ser lo suficientemente fiable a lo largo de los días: no deberíamos tener que recalibrarlo cada 2 o 3 días.

Además de esto, la relación entre el tiempo y el molino de agua debe ser lo más directa posible . Es decir, a menos que el concepto tenga fallas críticas, evite que la turbina proporcione energía a otros mecanismos y engranajes, que a su vez mueven la manecilla de la hora como lo hacen la mayoría de los relojes de agua.

Además, por orden de importancia:

  1. Estoy más interesado en los molinos de agua horizontales que en los verticales. Sin embargo, puedo permitir cierta ligera inclinación a la estructura si es necesario.
  2. Me gustaría evitar la entrada de agua gota a gota para que esto funcione. Imagino que el flujo será más como el de una fuente pública, un grifo abierto o un cabezal de ducha, por ejemplo. Más es aceptable, pero no obligatorio :).
  3. La tecnología actual está disponible, aunque no se permiten componentes eléctricos, de aceite o de gas. Además, cuanto más simple puedas hacerlo, mejor.
  4. Por el tamaño, es para colocar en un espacio público, por lo que más de 2 m de diámetro y menos de 8 m, aproximadamente. La altura total de la estructura no debe ser superior a 1-1,5 m (para que la gente pueda leer).

Luego, menos importante:

  1. Supondremos que la entrada de agua es constante y al ritmo que desea. Ya tengo ideas para hacer que el flujo sea constante, ¡así que centrémonos solo en el molino de agua en sí!
  2. El material (madera, metal...) me importa menos. Estoy más interesado en los mecanismos y la forma en que deben aplicarse. Aún así, puedes decir algo al respecto si lo encuentras beneficioso :).
  3. Si es útil, las tuberías de entrada y salida se pueden mover y girar. La longitud y la forma de los rayos también pueden cambiar, aunque recuerde que es un reloj y la hora debe ser fácil de leer.

1 : No visible directamente aquí porque deseo mantener algunos derechos básicos sobre este dibujo. Por favor, no reutilice sin consentimiento.

El gran problema con un molino de agua horizontal es que pierdes la gran mayoría de la fuerza que genera el agua empujando el agua hacia atrás, es posible que no se mueva en absoluto, las turbinas del mundo real mueven el agua verticalmente y las ruedas hidráulicas del mundo real giran verticalmente por una razón. Incluso si obtiene movimiento, variará con el flujo. es posible que desee mirar los relojes de agua del mundo real.
Su mejor apuesta es hacer un mecanismo de reloj de agua normal y luego simplemente conectarlo a su disco horizontal. por supuesto, el otro problema es que las personas solo pueden leer su reloj cuando están justo al lado, razón por la cual se usaron carátulas verticales. hay un montón de relojes de agua reales funcionales y originales, es posible que desee verlos primero.
@John, ya he mirado a la vieja Clepsydrae (esa es una de las razones por las que no tengo muchos problemas con la entrada variable de agua), pero afaik funcionan más con marcas y vaciado de agua (como un reloj de arena). También miré las turbinas, pero dado que su propósito generalmente es producir energía, se mueven demasiado rápido para este propósito. Y para ser honesto, me resulta mucho más difícil de aprehender que los molinos de agua verticales con sus "cucharas" para recoger agua, si entienden lo que quiero decir. [...]
[...] Volví a echar un vistazo rápido a los relojes de agua, pero sus mecanismos son un poco difíciles de entender (sin hablar de que otros pueden ocultarse), o no coinciden con mi enfoque como este . ¿Tienes ejemplos que me he perdido @John? ¡Me interesaría, y en realidad es una posible respuesta para esta pregunta!
hay literalmente cientos de diseños diferentes, tenga en cuenta que muchos de los primeros relojes son mucho más complejos de lo que deberían ser porque tenían que tener en cuenta el hecho de que la duración de una hora cambia a lo largo del año. la antigüedad no usaba horas de la misma duración, el cronometraje se basa en el reloj de sol recuerda. Esta puede ser su mejor apuesta usando las horas modernas, pinterest.com/pin/492722015463430514 Puede ver la complejidad adicional innecesaria aquí edu.ajlc.waterloo.on.ca/book/export/html/58
Hice clic en algunas de estas fuentes... pero hay muchos diseños que contienen un péndulo que decide el tempo real... y el agua solo proporciona energía para impulsar el mecanismo del reloj. ¿Esa no es la idea aquí?
@Goodies Aunque el movimiento general funciona con agua, no existe el concepto de péndulo en mi reloj de agua ↔️, ya que la relación entre el agua y el movimiento del tiempo es más... Sencilla. De hecho, es "solo" una turbina con una flecha en una de sus palas para indicar la hora actual 🔁.
Será difícil lograr que la rueda se mueva con suavidad si solo confiamos en que el agua empuje directamente los radios de madera. Para obtener una rotación uniforme, creo que tienes que usar engranajes.

Respuestas (4)

Deje que las vigas floten y proporcionen un flujo circular debajo de ellas.

Dejaría que las vigas (molino) flotaran libremente en el agua como se muestra. El dibujo de diseño ya se acerca.

Tiene un contenedor redondo que contiene los rayos, pero se necesita un eje central para evitar que los rayos flotantes choquen con la varilla del cilindro mientras gira. Este eje debe agregar muy poca fricción, para que esto funcione con precisión.

Agregaría un control deslizante de calibración en la entrada , lo que provocaría un montaje ligeramente descentrado de la entrada, lo que provocaría que el agua debajo de las vigas obtenga un pequeño componente de flujo circular, el molino flotante girará. Cuando su entrada de agua puede proporcionar un flujo de entrada preciso, el flujo ligeramente circular debajo de las vigas provocará la rotación que necesita. La velocidad de rotación dependerá del montaje descentrado de la entrada. Cuando la entrada está exactamente a 90 grados, la rueda de rayos no girará. Cuando sería, digamos 87.6 grados (o lo que sea), obtendría el tempo de 12 horas que necesita.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Consejo adicional: profundice más la varilla cilíndrica o pruebe con una tapa transparente que cubra la construcción. Como se muestra, un diseño de 2 a 3 metros de ancho será susceptible a los vientos que soplan sobre él. Dependiendo de la dirección del viento, los rayos del reloj flotante se desviarán.

La pregunta pide una solución a un problema de ingeniería. Esta no es una respuesta a un problema de ingeniería.
@AlexP ¿tienes alguna sugerencia?
¿Por qué obtendría un flujo circular debajo del haz?
El flujo circular de @ManudeHanoi sería invocado por un montaje descentrado de la entrada. La cantidad de descentramiento permite calibrar el reloj (estoy considerando eliminar esta respuesta, de alguna manera parece que no se conecta ...)
eso puede funcionar con suficiente velocidad del agua en lugar de presión estática. Aunque prefiero confiar en este último
@ManudeHanoi "en lugar de"? Supongo que la presión debe provenir de la entrada, no de una construcción similar a un molino giratorio, esa es la única diferencia con la propuesta anterior. No hay un molino horizontal, mi propuesta anterior es un reloj flotante, no un molino. ¡Pero requerirá una velocidad de agua considerable en su entrada!
No lo elimine, respondió la pregunta como se indica (qué problemas hay y qué puedo hacer para mejorarlo en general). ¡Y los vientos que soplan son una cuestión práctica de ingeniería! Entiendo que mover hacia los lados la entrada puede ayudar, sin embargo, tengo algunas dudas: ¿Sería suficiente la entrada de agua mínima aceptada para crear el "remolino" debajo de las vigas? ¿Necesitaría crear más presión que la que hace un agua casual que fluye desde fuentes públicas para hacer este flujo circular? Además, no estoy seguro de cuál es el problema del eje central: ¿Crees que el contenedor redondo no es adecuado para este trabajo?
Hola, @Tortliena, gracias por confirmar, después de los comentarios de AlexP y Manu, me preguntaba si "molino" o "turbina" tendrían que ser un aspecto central de su diseño. De hecho, mi idea se basa en el efecto de remolino causado por la entrada descentralizada. Los rayos simplemente flotan. Pueden ser bastante voluminosos, para dejarlos girar muy lentamente. La velocidad lenta no requerirá mucha agua, pero las gotas no serán suficientes, necesitarás una pequeña corriente, como en los acueductos. Se necesita el eje, para evitar roces en los lados. Cuando ocurre la fricción, su reloj no será exacto. ¡Se necesita la forma redonda! para soportar un flujo circular.
@Goodies Ok última pregunta y creo que he terminado de molestarte x). Cuando dices que los rayos flotan libremente, ¿quieres decir que no están atados al suelo con el eje central/varita?
@Tortliena, el eje no necesita impulsar nada ... para minimizar la fricción, podría considerar un cilindro suelto y liso o un rodamiento de bolas. El eje solo sirve para evitar que las vigas toquen los lados. Cuando hay demasiada fricción, es posible que necesite demasiada agua... el efecto de remolino circular será sutil.
Creo que todas las respuestas hasta hoy tienen puntos esclarecedores, pero acepto la suya por la simple razón de que, en mi opinión, es la que tiene más probabilidades de resolver la mayoría de los problemas relacionados con la precisión y la velocidad (mis principales preocupaciones iniciales). Sin embargo, probablemente elegiré ideas aquí y allá en otras respuestas :).
@Tortliena Te deseo éxito con tu proyecto en RL... ¡espero que funcione! :d

Molinillo

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Los molinetes giran cuando se enfrentan al viento. Coloque un dispositivo similar a un molinete en el centro de la turbina y haga que el agua entre por encima del centro en lugar de por el costado. Esto asegurará una tasa de giro constante.

Lo bueno del diseño es que puedes variar la profundidad para variar la velocidad de rotación, ya que el agua más profunda proporciona más resistencia. Ajuste aún más la profundidad colocando un taco de tachuela azul en el tubo de salida para elevar ligeramente el nivel del agua. Retire y aplique más bluetack según sea necesario.

Entonces, si entiendo las implicaciones subyacentes: cambie la forma del haz, coloque la tubería en la parte superior. Y la parte que menos entendí ^^', ¿"tapar parcialmente" el tubo de salida con blu tacks (la pasta de cola que me gusta llamar) para subir el agua al nivel que quiero? ¿Simplemente levantar y encoger el tubo no funcionaría ^^'?
@Tortliena La pasta de pegamento es solo para microajustes al final. Por lo tanto, no necesita volver a forjar la tubería para que sea 1 mm más delgada. Solo conéctalo un poco.

LAS VÁLVULAS PROPORCIONAN PRESIÓN

Las paredes que dividen los compartimentos tienen válvulas simples con bisagras que dejan pasar el agua hacia la derecha (en el sentido contrario a las agujas del reloj), pero no hacia la izquierda (en el sentido de las agujas del reloj). El agua que se mueve hacia la derecha necesariamente empujará el compartimento hacia la izquierda (fuerzas iguales opuestas), hasta que un nuevo compartimento quede expuesto al haz de agua de entrada. El agua que fluye a la derecha del compartimiento de entrada sale por un agujero en el piso. Puede que haya o no otros agujeros en el suelo a medida que los compartimentos se mueven en el sentido de las agujas del reloj, vaciando gradualmente el agua, o puede que todo fluya cuando el compartimento finalmente se mueve hacia el agujero a la derecha de la viga de entrada. Para presión adicional, el compartimiento medio lleno que se mueve a la izquierda de la entrada arrojará agua al nuevo compartimiento vacío.

El problema principal con cualquier reloj de agua es que el flujo no es constante.

Use la botella de Mariotte para el sistema de circuito cerrado y para el canal de uso de circuito abierto que bajará la altura del agua a un nivel constante debido al exceso de agua que fluye sobre las paredes del canal.

Aunque tenía algunas soluciones para la constancia -principalmente la forma de entrada y las piezas finales "mágicas" dependientes de la presión-, es interesante. He echado un vistazo al biberón de Mariotte y hay algo que me preocupa un poco. En la página de wikipedia, dicen que realmente no se puede agregar agua cuando está funcionando. ¿Significa que necesitas parar el reloj cada cierto tiempo para volver a llenar el recipiente?
@Tortliena Puedes usar un sifón en un flotador. La tasa de flotación a través del sifón depende de la profundidad y la flotación la mantendrá a una profundidad constante. Con este diseño puedes añadir agua si lo haces con cuidado, sin grandes salpicaduras.
¿Cómo puedo hacer un reloj de molino de agua horizontal tecnológicamente correcto?
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