NIÑO DE 13 DESCUBRE SECRETO DE LOS ARBOLES Y HACE MAS EFICIENTES LOS PANELES SOLARES

20. agosto 2011 | Von | Categoria: DESTACADO, ENERGIA, ULTIMAS NOTICIAS

20 agosto 2011. Aidan Dwyer es un chico estadounidense de 13 años que realizó un innovador descubrimiento, que podría convertirse en un gran avance en el diseño de paneles solares. La inspiración le llegó a Aidan en un paseo a las montañas, donde se dio cuenta que había un patrón en las ramas de los árboles, que después descubrió – como lo hiciera el naturalista Charles Bonnet en 1754 – que estaban ordenadas según la sucesión de Fibonacci. La cosa es que Aidan empezó a preguntarse por qué las ramas estaban ordenadas así, y supuso que algo tenía que ver con la fotosíntesis.

Hasta ahí nada muy nuevo, excepto que Aidan decidió ir más allá y trató de replicar una rama de roble usando un tubo y paneles solares, para comparar su capacidad de capturar energía solar con el orden tradicional en que se ponen los paneles sobre el techo de una casa.

Adivinen lo que descubrió… exacto, los árboles son mucho más eficientes que los techos de las casas al conseguir energía.

Primero, Aidan analizó los árboles y determinó el patrón en que están organizadas las hojas y las ramas, lo copió en un software en su computador, y construyó un sistema de paneles solares ordenados como un roble usando un tubo de PVC. Luego puso una serie de paneles solares, uno al lado del otro, en una inclinación de 45 grados, como los que se ponen normalmente en el techo de una casa. Después conectó un medidor a cada modelo para monitorear el voltaje.

El modelo ordenado como árbol generó mucha más electricidad, diferencia que se notó especialmente durante el solsticio de invierno, cuando el sol está en su punto más bajo en el cielo. El árbol generó entonces un 50% más energía que el panel estilo techo, sin ajustar su posición ni hacerle ningún cambio (ver gráficos en la galería).

Aidan concluyó que el orden estilo árbol, siguiendo la sucesión de Fibonacci, permitía a algunos paneles recibir luz solar aún cuando otros estaban en la sombra, y prevenía que las ramas del árbol hicieran sombra sobre las demás ramas. Ahora Aidan está estudiando otros tipos de árboles y mejorando su modelo de PVC, para determinar si se puede usar para hacer instalaciones solares más eficientes. También envió una solicitud de patente para su diseño. A los 13 años. Aidan publicó un ensayo donde cuenta todo su experimento que SE PUEDE LEER AQUI EN INGLES. O en español abajo. (Traducción autromática, puede tener algunos errores de traducción)

AIDAN: EL SECRETO DE FIBONACCI EN LOS ARBOLES

Por: Aidan Dwyer

La gente ve el invierno como un tiempo frío y sombrío en la naturaleza. Los días son cortos. Nieve cubre el suelo. Lagos y la congelación de los estanques, y los animales se escabullen a las madrigueras a esperar a la primavera. El arco iris de color rojo, las hojas de otoño amarillo y naranja ha sido arrastrada por el viento transformando los árboles en esqueletos negros y se extienden los dedos huesudos de las ramas en el cielo. Parece que la naturaleza ha desaparecido.

Pero cuando me fui en un viaje de senderismo de invierno en las montañas de Catskill en Nueva York, me di cuenta de algo extraño en la forma de las ramas de los árboles. Pensé que los árboles eran un desastre de ramas enredadas, pero he visto un patrón en la forma en las ramas del árbol que creció. Tomé fotos de las ramas en diferentes tipos de árboles, y el patrón se hizo más claro.

Las ramas parecen tener un patrón en espiral que llegaba hasta el cielo. Tuve el presentimiento de que los árboles tenían un secreto que contar acerca de esta forma. La investigación de este misterio me llevó a una expedición de las Montañas Catskill de la antigua poesía sánscrita de la India, de las calles del siglo 13 de Pisa, Italia, y una fórmula matemática misteriosa llamada el “número áureo” de un naturalista del siglo 18 que vieron esta fórmula matemática en la naturaleza y, por último, a la experimentación con los árboles de mi propio patio trasero.

Mi investigación hizo la pregunta de si existe una fórmula secreta en el diseño de los árboles y si el propósito de la espiral es mejor para recoger la luz solar. Después de hacer investigación, he creado herramientas de pruebas, experimentos y modelos de diseño para investigar cómo los árboles recogen la luz solar. Al final de mi proyecto de investigación, pude poner las piezas de este rompecabezas naturales juntos, y descubrí la respuesta. Pero la mejor parte es que he descubierto una nueva manera de aumentar la eficiencia de los paneles solares en la recolección de la luz del sol!

Mi investigación comenzó por tratar de comprender la forma de espiral. He encontrado la respuesta con un matemático medieval y un naturalista del siglo 18. En 1209, en Pisa, Leonardo Pisano, también conocido como “Fibonacci”, utilizó sus habilidades para responder a un acertijo matemático acerca de cómo los conejos se reproducen rápidamente podría en parejas durante un período de tiempo. Contando para sus conejos recién nacidos, Fibonacci se le ocurrió una secuencia numérica. Fibonacci utiliza patrones en la antigua poesía sánscrita de la India para hacer una secuencia de números que empiezan con cero (0) y un (1). Fibonacci añadido los dos últimos números de la serie juntos, y la suma se convirtió en el siguiente número de la secuencia. El número de secuencia comenzó a parecerse a esto: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 … . El patrón de números tenían la fórmula Fn = Fn-1 + Fn-2 y se convirtió en la secuencia de Fibonacci. Pero parecía tener poderes místicos! Cuando los números en la secuencia se pone en relación el valor de la razón era la misma que otro número, ?, o “phi”, que tiene un valor de 1,618. El número “phi” es el apodo de “número divino” (Posamentier). Los científicos y naturalistas han descubierto que la secuencia de Fibonacci aparece en muchas formas en la naturaleza, tales como la forma de las conchas de nautilus, las semillas de girasol, los patrones de vuelo de halcones y las galaxias por el espacio. Lo que es más misterioso es que el “divino” número es igual a su altura dividido por la altura de su torso, y más extraño aún, la relación de las abejas hembras para las abejas en una colmena masculino típico! (Livio)

En 1754, un naturalista llamado Charles Bonnet había observado que en las plantas brotan ramas y hojas en un patrón, llamado filotaxis. Capo vio que las ramas y las hojas tenían un patrón en espiral matemática que puede ser mostrado como una fracción. Lo asombroso es que las fracciones matemáticas eran los mismos números que la secuencia de Fibonacci! En el árbol de roble, la fracción de Fibonacci es 2.5, lo que significa que la espiral tiene cinco ramas en espiral dos veces alrededor del tronco para completar un patrón. Otros árboles con la disposición de las hojas de Fibonacci son el olmo (1 / 2), el haya (3.1), el sauce (03.08) y el almendro (5 / 13) (Livio, Adler).

Ahora tenía mi primera pieza del rompecabezas, pero no respondió a la pregunta, ¿Por qué los árboles tienen este patrón? Tuve el siguiente misterio a resolver. He diseñado experimentos que atacan a esta pregunta, pero primero tenía que hacer pruebas de campo para entender la forma de espiral.

He construido una herramienta de prueba para medir el patrón en espiral de las distintas especies de árboles. Me tomó un tubo de plástico transparente y unido a dos transportadores en círculo que podría girar hacia arriba y abajo del tubo. Cuando puse una rama de prueba en el tubo, que alinea la marca de cero grados en una brújula para que coincida con la rama de rama en primer lugar. Luego me mudé y giré la segunda brújula hasta el punto siguiente rama. La segunda brújula mide el ángulo entre los dos puntos. Grabé la medición y luego se trasladó a la rama paso a paso.

He construido una herramienta de prueba para medir el patrón en espiral de las distintas especies de árboles. Me tomó un tubo de plástico transparente y unido dos transportadores círculo que podría girar hacia arriba y abajo del tubo. Cuando puse una rama de prueba en el tubo, que alinea la marca de cero grados en una brújula para que coincida con la rama de rama en primer lugar. Luego me mudé y girar la segunda brújula hasta el punto siguiente rama. La segunda brújula mide el ángulo entre los dos puntos. Grabé la medición y luego se trasladó a la rama paso a paso.

Pero la pregunta de por qué se mantuvieron así. Yo sabía que las ramas y hojas recogian la luz solar para la fotosíntesis, así que mi próximos experimentos fue para investigar si el patrón de Fibonacci ayudaba a ello. Yo necesitaba una manera de medir y comparar la cantidad de luz recogida por el patrón. Se me ocurrió la idea de que podía copiar el patrón de ramas y hojas con paneles solares y compararlo con otro patrón.

Diseñé y construí mi propio modelo de prueba, copié el patrón de Fibonacci de un roble. Estudié mis resultados con la herramienta de la brújula y me di cuenta de los ángulos de sucursales. El patrón fue alrededor de 137 grados y la secuencia de Fibonacci era 2.5.

Entonces construí un modelo de uso de este patrón de un tubo de PVC. En lugar de hojas, que utiliza paneles solares fotovoltaicos conectados en serie que produce hasta 2.1 voltios, por lo que la potencia máxima del modelo fue de 5 voltios. Todo el diseño tenía copiado el modelo de un árbol de roble en la mayor medida posible.

Que necesitaba para comparar el desempeño del modelo de diseño de árbol. Hice un segundo modelo que se basa en cómo el hombre arrays de paneles solares están diseñados. El segundo modelo era una gran pantalla plana que se montó en 45 grados. Tenía el mismo tipo y número de paneles de energía solar fotovoltaica como el diseño del árbol, y el pico de tensión misma. Mi idea era seguir la cantidad de luz solar en cada modelo recogido en las mismas condiciones de observación de la cantidad de voltaje de cada modelo hecho.

Yo medí el rendimiento de cada modelo con un registrador de datos. Este grabado de la tensión que cada modelo fueron realizadas durante un período de tiempo. El registrador de datos puede descargar las mediciones a una computadora, y pude ver los resultados en los gráficos.

Me puse los dos modelos en el mismo lugar en el patio de mi casa hacia el cielo del sur y medí su producción durante un par de meses. Moví el lugar de la prueba en torno a variar las condiciones.

Las condiciones de la luz del sol también son importantes. Comencé mis medidas en octubre y probado mis modelos a diciembre. En esa época del año, el solsticio de invierno que se avecinaba, y el Sol se movía en una declinación más baja en el cielo. La cantidad de luz solar se acorta. Así que estaba poniendo a prueba el modelo de Fibonacci en las circunstancias más difíciles de recoger la luz solar.

He comparado mis resultados en los gráficos, y eran interesantes! El diseño del árbol de Fibonacci se desempeñaron mejor que el modelo de pantalla plana. El diseño del árbol de hecho proporciona un 20% más de electricidad y recogida de 2 1 / 2 horas más de luz solar durante el día. Pero los resultados más interesantes fueron en diciembre, cuando el Sol estaba en su punto más bajo en el cielo. El diseño del árbol de hecho capta la electricidad un 50% más, y el tiempo de recogida de la luz solar era hasta un 50% más!

Tuve mi primera prueba de que el patrón de Fibonacci ayudó a recoger más la luz del sol. Pero ahora tenía que volver atrás y averiguar por qué funcionaba mejor. También empecé a pensar que yo podría haber encontrado una nueva forma de utilizar la naturaleza para hacer que los paneles solares funcionen mejor.

Me enteré de que el poder de toma del Sol no es fácil. Los sistemas fotovoltaicos (“PV”) la serie es la manera de hacerlo. Un generador fotovoltaico es un conjunto vinculado de múltiples células solares.Generar electricidad requiere de la luz del sol tanto como sea posible. Al mediodía en un día despejado en el ecuador, el poder del sol es cerca de 1 kilovatio por metro cuadrado en la superficie de la Tierra (Komp). Suena fácil  tomar el sol, ¿verdad? Pero el Sol no se detiene. Se mueve por el cielo, y el ángulo de los rayos en las regiones fuera del ecuador cambian con las estaciones. Esto hace que la luz solar recogida sea difícil para los paneles fotovoltaicos. Algunos paneles fotovoltaicos utilizan sistemas de seguimiento para mantener los paneles apuntando hacia el Sol, pero son caros y requieren de mantenimiento. Así que la mayoría de los paneles fotovoltaicos utilizan soportes fijos que dan al sur (o norte si está por debajo del ecuador).

Los soportes fijos tienen otros problemas. Cuando un generador fotovoltaico está a la sombra de otro objeto, como un árbol o una casa, los paneles solares se copian de seguridad con los electrones como los coches en un atasco de tráfico, y la corriente disminuye. Suciedad, la lluvia, la nieve y los cambios de temperatura también pueden afectar la producción de electricidad hasta en la mitad! (Komp)

Empecé a ver cómo la naturaleza vence este problema. Recoger la luz solar es la clave para la supervivencia de un árbol. Las hojas son los paneles solares de árboles, efectúan recolección de la luz del sol para la fotosíntesis. La recolección de la mayoría de la luz solar es la diferencia entre la vida y la muerte. Los Árboles en un bosque están compitiendo con otros árboles y plantas por luz del sol, e incluso cada rama y la hoja de un árbol están compitiendo entre sí por la luz del sol. La Evolución eligió el modelo de Fibonacci para ayudar a los árboles que  siguen al sol en movimiento en el cielo y para recoger el máximo la luz solar, incluso en lo más espeso del bosque.

Vi a los patrones que muestran que el diseño del árbol es para evitar el problema de la sombra de otros objetos. La electricidad cayó en la matriz de pantalla plana, cuando la sombra cayó sobre ella. Sin embargo, en el diseño del árbol la electricidad se mantienen en las mismas condiciones. El patrón de Fibonacci permitió que los paneles solares pudieran recoger la luz solar, incluso si los demás estaban en la sombra. Además he observado que el patrón de Fibonacci ayudó a las ramas y las hojas de un árbol para evitar la sombra entre sí.

Mis conclusiones sugieren que el patrón de Fibonacci en los árboles hace una diferencia evolutiva. Esta es probablemente la razón por el patrón de Fibonacci se encuentra en los árboles de hoja caduca que viven en latitudes más altas. El patrón de Fibonacci da a las plantas como el roble una ventaja competitiva durante la percepción de la luz solar cuando el Sol se mueve a través del cielo.

Mi investigación ha generado más preguntas que respuestas. ¿Por qué hay diferentes patrones de Fibonacci entre los árboles? Es un modelo más eficiente que otro? Más pruebas de otros tipos de árboles se necesita.

Estoy probando diferentes patrones de Fibonacci ahora. Estoy mejorando mi modelo de diseño del árbol para ver si podría ser una nueva forma de hacer arreglos de panel. Mis intentos más recientes con un modelo de prueba más grande tuvieron éxito.

El diseño del árbol ocupa menos espacio de panel plano de arreglos y obras en lugares que no tienen una visión completa del sur. Recoge más luz solar en invierno. Sombra y el mal tiempo como la nieve no le duele porque los paneles no son planas. Incluso se ve mejor porque se parece a un árbol. Un diseño de este tipo puede funcionar mejor en las zonas urbanas donde el espacio y la luz solar directa puede ser difícil de encontrar.

Pero la mejor parte de lo que aprendí fue que, incluso en los días más oscuros de invierno, la naturaleza todavía está tratando de decirnos sus secretos!

BIBLIOGRAFÍA

Adler, I., D. Barabe, y Jean-RV. “Una historia del estudio de Phyllotaxis.” Annals of Botany 80 (1997): 231-244.

Atela, P., C. Gole, y S. Hotton. “Un sistema dinámico para la formación de la planta patrón: un análisis riguroso.” Diario de la ciencia no lineal 12.6 (2002): 641-676.

. Brockman, C. Frank árboles de América del Norte: Guía de identificación en el campo . Nueva York: Guía de Oro de St. Martin Press, 2001.

Geisel, Theodor Seuss (Dr. Seuss). El Lorax . Nueva York: Editorial Random House, 1971.

Jean, Roger V. Phyllotaxis: un estudio sistemático en la morfogénesis de las plantas . Nueva York: Cambridge University Press, 2009.

Komp, Richard J. Fotovoltaica útiles: electricidad a partir de las células solares . Tercero. ed. Ann Arbor, Michigan: Publicaciones Aatec de 2001.

Livio, Mario. La proporción áurea: la historia de Phi, el número más asombroso del mundo . Nueva York: Broadway Books, 2002.

Posamentier, A., y Lehman I.. El (Fabulous) números de Fibonacci . Nueva York: Prometheus Books, 2007.

FUENTES: MUSEO AMERICANO DE HISTORIA NATURAL13-year-old designs super-efficient solar array based on the Fibonacci, sequence, FAYERWAYER.COM

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3 Comentarios auf "NIÑO DE 13 DESCUBRE SECRETO DE LOS ARBOLES Y HACE MAS EFICIENTES LOS PANELES SOLARES"

  1. Julio dice:

    La naturaleza es el sistema mas sabio, ya mas de un ingeniero y medico ha afirmado que si queremos evolucionar tecnológicamente observemos los procesos de ella

  2. Julio dice:

    Que niño tan inteligente :)

  3. [...] es un post improvisado. Hoy voy a hablar de un artículo que me ha llamado mucho la atención, y que podéis leer aquí.  El artículo se titula Un Niño de 13 años, descubre el secreto de los árboles y hace con eso [...]

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