ES2211261B1 - Instalacion para la generacion artificial y observacion del arco iris. - Google Patents

Abstract

La instalación está constituida mediante la combinación funcional de un generador de cortina de agua o arcogenerador orientable y una plataforma de observación, estando dicho generador de cortina de agua (4) estructurado a base de una pluralidad de conducciones en forma semicircular, dotadas de una pluralidad de pulverizadores uniformemente distribuidos y con proyección del agua en sentido ascendente; consecuentemente se obtendrá una cortina de agua homogénea; la plataforma de observación consta un estanque circular (3) y una rampa de observación-ascensión que lo circunda (1), la altura que deberá alcanzar esa rampa en cada punto dependerá de la latitud geográfica; el observador se situará de espaldas al sol en la plataforma de observación, el arco generador perpendicular a los rayos del sol a una distancia determinada frente al observador, con lo que se visualizará el arco iris primario (5) generado por incidencia de la radiación solar sobre las gotas de agua.

Description

Instalación para la generación y observación del arco iris.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una instalación con la que es factible generar el arco iris utilizando la luz Solar y permitiendo su observación en cualquier lugar y a cualquier hora.

La instalación ha sido especialmente concebida para ser implantada en zonas urbanas, tales como plazas, glorietas, fuentes, jardines, etc., estando diseñada en principio para zonas circulares, en las que se podrá apreciar un arco iris, con radio similar al radio de la zona en la que se implante.

Antecedentes de la invención

El arco iris es producido por los efectos combinados de la refracción, dispersión y reflexión total de la luz del Sol en gotas de agua.

Cuando las condiciones de observación son favorables, pueden verse dos arcos: el interior, llamado arco primario, más brillante, y el exterior más débil. Los colores del arco primario son, de fuera a dentro, rojo, verde anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, mientras que en el arco exterior los colores están invertidos.

El fenómeno que ocurre en cada una de las gotas que producen el arco primario es el siguiente: el rayo Solar que incide sobre una gota de agua, es refractado en la primera superficie y en parte reflejado en la segunda, siendo refractado de nuevo por la superficie anterior al salir de la gota. En el caso de otro rayo se producen dos refracciones y dos reflexiones, con lo que el rayo resultante tiene mayores pérdidas, dando lugar al arco menos luminoso, es decir al arco secundario.

Si un rayo de un color dado cualquiera incide en un punto de la superficie de la gota tal que su desviación fuera máxima, todos los demás rayos del mismo color que incidan sobre la superficie de la gota en la proximidad inmediata de ese punto se reflejarán según una dirección próxima a la del primero, por lo cual cada color es fuertemente reflejado en la dirección de la desviación máxima correspondiente a aquel color particular. En el arco primario el ángulo de máxima desviación de la luz roja es de aproximadamente 42°, el ángulo correspondiente a la luz violeta es de aproximadamente 40°, y para los otros colores se encuentra entre los valores anteriormente citados.

Hasta ahora la visualización del arco iris tan sólo es factible cuando se dan determinadas condiciones meteorológicas naturales y el observador se encuentra en el lugar apropiado.

Descripción de la invención

La instalación que la invención propone permite la observación del arco iris en cualquier lugar y en cualquier momento, utilizando la luz solar para crearlo, siendo la observación del fenómeno más nítida en días soleados, pero permitiendo dicha visualización en días parcialmente nublados e incluso, por efecto del reflejo lunar, en noches de buena luminosidad.

Para ello y de forma más concreta la instalación consta de una cortina de gotas de agua o de una cortina de aire húmedo o una mezcla de ambas con una geometría, dimensión, posición y características de gota adecuadas para que se produzca el fenómeno perseguido en las gotas de dicha cortina por las mismas causas que se produce el fenómeno natural.

El rango de tamaño de gota en el que se puede observar el arco iris es muy amplio, puede oscilar entre gotas del tamaño de una lluvia media hasta poder observarse en las "gotas" que contiene el aire con una alta humedad cercana a la saturación; por tanto podremos crear cortinas con gotas de agua relativamente grandes, cortinas con aire húmedo saturado o cortinas que sean una mezcla de gotas de pequeño tamaño con aire húmedo saturado. La calidad de la cortina en cada caso será diferente y se atenderán a otros factores (coste, condiciones de viento, factores estéticos, etc.) para elegir uno u otro tamaño de gota para forma la cortina.

Esta cortina estará generada por un aparato o sistema capaz de producir en todo momento una cortina con las características antes mencionadas; a este aparato o sistema lo vamos a denominar arcogenerador.

Este aparato que produce la cortina se complementa con una plataforma de observación donde se sitúa el observador con el fin de que se puedan mantener en todo momento las posiciones relativas adecuadas entre el observador y la cortina para cualquier posición del Sol.

Para ello, el observador se situará en la plataforma de observación, deberá estar en todo momento de espaldas al Sol y mirando hacia la cortina, dicha cortina se sitúa total o parcialmente en el espacio comprendido entre dos conos de revolución imaginarios que tienen su vértice en el observador y eje común y paralelo a los rayos de Sol en todo momento, las generatrices de esos dos conos están aproximadamente a ángulos de 40° y 42° respectivamente; las gotas en las que se producirán los 7 colores del arco iris son las que estén comprendidas por tanto entre esos dos conos (ver figura 1); por tanto la cortina debe situarse de forma que posea un máximo número de gotas en dicha zona. La distancia del observador al fondo de la cortina donde se observa el arco iris determinará el radio del arco iris que se observa.

Se lograrán buenos rendimientos utilizando preferentemente cortinas de gotas de agua compuestas por gotas de reducida volumetría, distribuidas uniformemente en toda la cortina y con una concentración de gotas alta; se obtendrán a su vez buenos rendimientos utilizando una mezcla de gotas de agua de reducida volumetría junto con aire húmedo saturado.

Entre los ángulos 40° y 42° (aproximadamente) se producirá el arco iris primario como hemos relatado anteriormente, con ese mismo procedimiento entre ángulos de 50° y 54° (aproximadamente) se producirá el arco iris secundario, que posee en igualdad de condiciones siempre una menor intensidad. Buscando maximizar la espectacularidad y claridad del fenómeno vamos a realizar diseños con el fin de observar principalmente el arco iris primario, aunque en ocasiones y desde diversas posiciones se van a apreciar ambos arcos.

La plataforma de observación permitirá situar al observador a una cota mínima necesaria en todo momento con respecto a la cortina, esa cota mínima dependerá del ángulo al que esté el Sol sobre la horizontal y de las dimensiones del arco iris que se quiera observar.

Variando las posiciones absolutas del observador y/o de la cortina pero sin modificar las posiciones relativas anteriormente expuestas, se podrá llegar a muy diversos diseños de plataformas de observación y de arcogeneradores que producirán el efecto deseado y que podrán adaptarse a zonas de implantación diversas.

Vamos a desarrollar principalmente una instalación para implantarla en zonas circulares.

En una zona circular para poder observar en todo momento un arco iris de radio similar al de la zona en donde se implanta. Situaremos al observador sobre una plataforma de observación situada en el perímetro de la zona circular; la plataforma tendrá una altura mínima suficiente para observar en todo momento el arco iris de las dimensiones deseadas; el observador se situará de espaldas al Sol y mirando hacia la cortina de gotas de agua o de aire húmedo; la cortina estará en el interior del perímetro de la instalación; las dimensiones y posición de la cortina vendrán determinadas por el ángulo del Sol en cada momento y las dimensiones del arco iris que se quiere observar; la geometría de la cortina puede adoptar diversas formas con las que se pueden obtener similares resultados.

Particularizando un poco más, si se quiere observar los 180° de la parte superior de un arco iris de radio similar al de la instalación para una instalación circular. La plataforma de observación tendrá la altura suficiente en todos los puntos para que se pueda apreciar un arco de estas dimensiones; y el arcogenerador creará una cortina que se posicionará en todo momento manteniendo un número máximo de gotas en los conos de observación adecuados para la posición óptima del observador (en la plataforma de observación lo más cerca posible del Sol) en todo momento y de una anchura de cortina y características de gota suficientes para que se produzca el fenómeno con nitidez.

En las horas próximas al amanecer y puesta del Sol se podrá observar asimismo el arco iris desde el exterior de la instalación. La instalación podrá servir además de reloj solar y calendario.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de una plataforma de observación (1) que permite situar al observador en todo momento a una cota determinada respecto a una cortina de gotas de agua o a una cortina de aire húmedo (C), la cota mínima necesaria dependerá del ángulo al que esté el Sol sobre la horizontal y del radio y tamaño del arco del arco iris (5) que se quiera observar; el observador situado en la plataforma se encuentra de espaldas al Sol y mirando hacia la cortina de gotas de agua o de aire húmedo; la cortina se sitúa total o parcialmente en el espacio comprendido entre dos conos de revolución imaginarios que tienen su vértice en el observador y eje común y paralelo a los rayos de Sol (recta OP) en todo momento, las generatrices de los conos están aproximadamente a ángulos de 40° y 42° respectivamente.

En el ejemplo, la altura H a la que está el observador está determinada por el ángulo del Sol en ese momento (S°), el radio (r) del arco iris observado y el arco del mismo (aproximadamente se aprecian 270° del arco iris).

La distancia del observador al fondo de la cortina donde se observa el arco iris dependerá del radio del arco iris que se quiera observar.

La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de la instalación situada en el Hemisferio Norte en latitudes medias, consta de: una rampa de observación-ascensión (1), zona de observación (2) nivel del suelo debajo de 1, estanque (3) excavado en el suelo, en el centro está el arcogenerador (4) que produce un arco iris (5), el brazo mecánico (6) situará el arco generador en cada momento en la posición adecuada, con el fin de mantener las posiciones relativas entre el arco generador y observador para cualquier posición del Sol.

El observador estará situado en el punto O y perpendicular a la base del arcogenerador punto P, el ángulo POA será de 42° 2', el ángulo POB será de 40° como indica el dibujo. El Sol, el punto O y el punto P estarán en un mismo plano perpendicular a la horizontal. OA y OB girarán formando dos conos de observación donde se formará el arco iris. La recta OP es siempre paralela a los rayos de Sol.

La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva de la instalación situada en el Hemisferio Norte en latitudes altas, del mismo tipo que la de figura 2, pero en este caso no es necesario el estanque excavado en el suelo ya que la latitud es alta y el Sol alcanza un ángulo pequeño sobre la horizontal.

La figura 4.- Muestra una vista en perspectiva de la instalación situada en el Hemisferio Norte en latitudes tropicales, el Sol dependiendo de la estación del año ilumina desde el Norte y desde el Sur por lo cual tendremos que tener la elevación máxima necesaria en toda la plataforma. Se va a utilizar un anillo elevado a esa altura máxima necesaria y una plataforma de observación-ascensión que servirá además para situar al observador cuando el Sol está en ángulos intermedios.

En la figura se observa la posición en la que se verá el arco iris en el momento en que los rayos del Sol están casi perpendiculares a la horizontal.

La figura 5.- Muestra una vista en perspectiva de una plataforma dimensionada para latitudes entre 35° y 40° Norte. Este ejemplo tiene un radio de estanque de 10 m, la altura máxima que alcanza la plataforma es de 3.5 m y la profundidad del estanque es de 2.6 m, el radio del arco iris observable esta en torno a 8 m.

La plataforma de ascensión tiene una anchura de 1.5 m y presenta una doble pendiente, de un 14 % durante los primeros 120° de ascensión y de un 5 % los otros 60°. Existirá una barandilla a lo largo de toda la plataforma como se observa parcialmente en el dibujo.

Se introduce una pantalla cortavientos (V) destinada a tal efecto.

La figura 6.- Muestra una representación esquemática de los componentes del circuito hidráulico que forman el arcogenerador.

La figura 7.- Muestra una representación esquemática de los componentes del circuito hidráulico de forma simplificada, consta solamente de un ramal semicircular, para abaratar costes en la utilización en kit de pequeño tamaño.

La figura 8.- Muestra el brazo mecánico (representado esquemáticamente) que coloca en la posición adecuada en cada momento al arcogenerador, para conseguirlo estará dotado de tres giros y un desplazamiento.

Realiza un giro G1 pivotando sobre A por lo que la rueda B se moverá por unos raíles (16) situados en el fondo del estanque de la instalación. Con este giro se pone el brazo mecánico de cara al Sol.

Con el desplazamiento D1 (el punto C se va a desplazar en la dirección AB) y el giro G2 en torno a C, se consigue la altura y posición necesaria, utilizando un contrapeso (17) para ayudar al motor en este giro. Con el giro G3 se colocará la estructura metálica donde va montado el arcogenerador (19) perpendicular a los rayos del Sol.

La barra metálica (18) que va de C a D será rígida y tendrá una longitud entre 0.8r y r dependiendo de cada instalación (siendo r el radio del estanque de la instalación).

La figura 9.- Muestra la proyección vertical y horizontal de la geometría del chorro elegido generado por una boquilla pulverizadora, cuando la salida pulverizadora está apuntando en dirección vertical y hacia arriba.

La figura 10.- Muestra la proyección vertical y horizontal de los pulverizadores (15) de la rama superior del arcogenerador que está orientado en vertical. La zona que se encuentra entre las circunferencias de puntos S1 y S2 será la zona de observación óptima, las distancias entre los diferentes ramales tienen que ser tal que se cubra como zona de observación óptima toda la superficie del arcogenerador, tendrá por tanto que acoplarse la zona de observación óptima del ramal de abajo con el de arriba.

Para cumplir estas condiciones hay que proceder a un ajuste fino de la instalación; cuando se monte una instalación se regularán manualmente los estranguladores y se regulará el ángulo de salida de cada boquilla, para dar la mayor uniformidad posible y minimizar salpicaduras. Puede ser útil la utilización de agua coloreada para hacer los ajustes y observar la uniformidad de la cortina con mayor claridad.

El ajuste se hará con el arcogenerador situado perpendicular al suelo regulando la presión por medio de los estranguladores y regulando los ángulos de salida de los pulverizadores, luego se comprueba el comportamiento a 45° y a 0° para realizar los últimos reajustes si fuera necesario.

La figura 11.- Muestra la proyección vertical y horizontal de los pulverizadores de la rama superior de un arcogenerador que se encuentran en posición vertical.

En este caso se han situado las salidas pulverizadoras en dirección circular y sentido ascendente con el objeto de minimizar la pulverización fuera de la instalación.

La figura 12.- Muestra la proyección horizontal, vertical y lateral de un arcogenerador.

En este caso consta de 4 ramales, C3 y C4 forman una primera cortina (C) por la parte de delante, que se solapa con la que forman C1 y C2 por la parte de atrás, con el fin de lograr una cortina de una mayor anchura (en torno a un 40-50 % de la distancia OP).

La forma que tendrá la cortina generada será cercana a la semitroncocónica, el observador está en O, su cono visual Cv se intersecará con la cortina de agua troncocónica y se formará el arco iris en el fondo de la cortina en A, P será el centro del arco iris generado, el ángulo POA será de 42,2°.

En la figura 6 se observa cómo se han colocado las salidas pulverizadoras en los ramales C1, C2, C3 y C4.

La figura 13.- Muestra los arco iris que ven observadores en el exterior de la instalación situados en diferentes posiciones dentro de la zona de observación cuando el Sol está a 12° sobre la horizontal, la zona de observación estará entre la línea L1 y la línea L2. La posición de la zona de observación variará con el cambio de posición del Sol y su anchura con el ángulo al que está el Sol en cada momento.

Se representa de forma aproximada las zonas de amanecer y puesta del Sol (agrupadas en "verano" e "invierno", se podrían agrupar más finamente por meses )para una instalación que está a una latitud de entre 35-40°.

La figura 14.- Muestra las marcaciones en el suelo que se pondrán para las zonas exteriores a la instalación, se marca el amanecer y las primeras horas del día (con ángulos del Sol inferiores a 25-30°), se hace lo mismo para la puesta de Sol, con lo cual se obtienen las zonas de amanecer y puesta de Sol; se ha marcado en esta figura el amanecer en los dos Equinoccios y en el Solsticio de Verano y de Invierno.

Se marcarán además unos círculos concéntricos que delimitan la zona más lejana de la instalación a la que se puede observar el arco para un determinado ángulo al que esté el Sol sobre la horizontal (0°, 10°, 20°, 30°), teniendo en cuenta que el observador esté situado a lo largo de la línea que marca la hora en ese momento.

Estas marcaciones pueden variar al variar la altura y posición en la que se sitúa el arcogenerador y se pueden adaptar en cierta medida a cada plaza.

P1 será la posición en la que se tiene que situar el arcogenerador en el amanecer en el solsticio de invierno y P2 es la posición para el equinoccio, con el fin de poder apreciar el arco iris en el exterior de la instalación. El radio del estanque es (r) en la figura.

La figura 15.- Representa una instalación de gran radio a la que se le ha instalado una rampa de observación-ascensión intermedia (IR), entre el suelo (SU) y la rampa de observación-ascensión principal (1P), con lo que se minimiza la sombra que proyecta la rampa sobre la cortina de agua. El estanque en esta figura corresponde a la referencia (3E).

La figura 16.- Muestra la observación de un arco iris de gran tamaño desde fuera de la instalación por efecto del viento.

La figura 17.- Representa el conjunto de marcaciones que se pintarán en la base del estanque para poder conocer la situación del Sol en cada momento, el mes del año y la hora.

Está de modo simplificado, se pondrán las marcaciones necesarias dependiendo del nivel de detalle al que se quiera llegar, teniendo en cuenta por supuesto el radio del estanque (r), que nos permitirá un mayor o menor detalle.

En la rampa de observación (como se ve en el zoom del dibujo), se marcarán los ángulos que alcanza el Sol en cada mes (o la división estimada), para que al compararlo con el medidor de ángulo que tiene incorporado el arcogenerador dé la fecha o época del año presente. 76° corresponden al solsticio de verano; 53° corresponden a equinocios, y 30° corresponden al solsticio de invierno.

La figura 18.- Muestra al observador fijo en un punto elevado O, habrá que mover el arcogenerador para situarlo en cada momento en la situación óptima (punto P) dependiendo de la posición del Sol. El observador estaría situado en este punto elevado y sólo tendría que mirar hacia el arcogenerador para poder observar el arco iris en cada momento. La altura H es a la que hay que situar al observador dependerá de la latitud geográfica.

La figura 19.- Presenta una variante del caso general en el que se elimina la plataforma de observación; mediante un estanque con la profundidad suficiente (dependerá de la latitud geográfica), el observador se situará mirando hacia el arcogenerador y alrededor del perímetro de dicho recinto. El arco generador se situará en la posición y altura adecuada en cada momento (punto P) movido por un brazo mecánico.

La figura 20.- Representa una plataforma dotada de un giro en torno a un eje E1, con el giro sobre este eje y el desplazamiento hacia arriba o abajo del observador por la plataforma se conseguirá también obtener la posición adecuada en cada momento. Se puede por su esto combinar con un estanque para reducir la altura de la plataforma.

Realización preferente de la invención

Se expone con detalle una instalación destinada a una zona circular, con un arcogenerador perpendicular a los rayos del Sol que generará una cortina de gotas de agua y una plataforma de observación en su perímetro. Con esta instalación se pretende lograr la observación en todo momento de los 180° de la parte superior de un arco iris de radio similar al de la instalación.

Para obtener una posición optima de observación, se deben cumplir las siguientes reglas para cualquier posición del Sol:

Observando la figura 2, el arco generador debe situarse siempre en un plano perpendicular a los rayos del Sol.

El observador situado en la plataforma de observación se colocará de espaldas al Sol (punto O) frente al arcogenerador y debe estar en la perpendicular al punto medio de la base del arcogenerador (punto P). El ángulo POA será de 42° 2', el ángulo POB será de 40° como indica el dibujo. El Sol, el punto O y el punto P estarán en un mismo plano perpendicular a la horizontal. La recta OP es paralela a los rayos de Sol en todo momento.

OA y OB girarán en torno a su directriz formando 2 conos de observación de modo que en toda cortina de agua con las características adecuadas que se intersecte con estos dos conos de observación se formará el arco iris. Ver figuras 2 y 12.

La distancia OP =1,15*Ra (siendo Ra el radio del arco iris observable). La anchura del arco iris será 1,52*Ra*sen(2° 2'), franja en donde se observarán los 7 colores.

Teniendo en cuenta los criterios expuestos anteriormente en cuanto a la posición relativa optima se va determinar la forma que debe tener una plataforma de observación tipo.

Se va a utilizar una plataforma de observación que constará de una rampa de observación-ascensión más un estanque con una profundidad determinada como el de la figura 2.

La rampa de observación-ascensión se materializa en una rampa que ascenderá en espiral rodeando un cilindro imaginario perpendicular al suelo que tendrá como base la circunferencia del estanque de la instalación. En el Hemisferio Norte esta rampa comienza en el Norte ascendiendo desde el suelo durante los 180° hasta llegar al Sur (su punto más alto) a partir del cual desciende simétricamente hasta llegar otra vez al suelo; tendrá por tanto dos lados por los que se puede ascender o descender. En el Hemisferio Sur la orientación de la rampa será inversa.

La profundidad del estanque más la altura de la rampa mínimas que se deberán alcanzar en cada punto para que se pueda observar un arco iris de dimensiones dadas en todo momento estará determinado por la latitud geográfica.

Se pueden realizar unas tablas que nos darán en función de la dimensión del arco iris que se desea observar y de la latitud, la altura mínima que deberá alcanzar la plataforma de observación en cada punto. En latitudes no tropicales, la ecuación de la eclíptica el día del solsticio de verano nos servirá de referencia para obtener dichas alturas mínimas.

Cuanto menor sea la latitud, el Sol alcanza una mayor altura con lo cual el observador se tendrá que situar a una mayor distancia en vertical sobre la base del arcogenerador, para conseguir esta distancia en vertical se juega con dos parámetros, la altura que alcanza la rampa más la profundidad del estanque, entre ambas sumarán la distancia total en vertical que hay que obtener.

En latitudes altas se puede obtener toda la distancia con la rampa de observación-ascensión de la plataforma de observación Fig. 3.

En latitudes medias se conseguirá la altura con la suma de rampa de observación-ascensión más la profundidad del estanque.

En latitudes ecuatoriales se utilizará una plataforma de observación elevada (a la que se accederá por una rampa de observación-ascensión) por igual en todos los puntos más la profundidad del estanque (Fig. 4).

La altura mínima que tendrá que existir entre cada punto de la plataforma de observación en donde se sitúa el observador y la base del arcogenerador para poder observar al menos los 180° de la parte superior de un arco iris de radio Ra en una región no tropical será:

H= sen(S°) * 1.15 * Rª - 1.7

H - altura a la que tendrá que situarse la plataforma de observación respecto a la base del arcogenerador

S° - ángulo del Sol en cada momento respecto la horizontal el día del solsticio de verano (será función de la latitud).

Rª - radio del arco iris generado

Se le resta 1.7 m que es la altura de los ojos del observador medio.

Se debe llegar a un compromiso entre la altura de la rampa y la profundidad del estanque, interesa una rampa lo más baja posible ya que minimiza las salpicaduras por pulverización fuera de la instalación lo que implica un estanque más profundo; sin embargo con un estanque demasiado profundo el arcogenerador pasará mas tiempo a lo largo del día por debajo del nivel del suelo por lo que disminuye su espectacularidad.

En la figura 5 se representa una plataforma de observación válida para instalaciones situadas entre 35° y 40° de latitud Norte.

La rampa de ascensión-observación tiene dos pendientes una más fuerte al principio de aproximadamente un 14% durante los primeros 120° de ascensión y una más floja del 5% durante los restantes 60° de ascensión. Se utiliza esta doble pendiente ya que el Sol describe una curva que se mantiene aproximadamente durante esos 60° en posiciones elevadas bajando luego rápidamente, con esta doble pendiente se minimiza la altura que tiene que adquirir la rampa de observación. Esta fórmula con dos o más pendientes diferentes minimiza la altura máxima que tiene que alcanzar la plataforma a cualquier latitud. La rampa de ascensión-observación estará lógicamente rodeada por una barandilla por ambos lados.

Una plataforma para latitudes de entre 35° y 40° Norte, para un radio del estanque de 10 m con una arco iris generado de radio en torno a los 8 m y un arcogenerador de radio 5 m, llegará a tener aproximadamente 3.5 m en la parte más alta de la rampa y una profundidad del estanque de 2.6 m. La rampa de ascensión estará en torno al estanque y tendrá una anchura aproximada de 1.5 m. En esta plataforma representada en la figura 4 se podrán observar arcos de 8 m de radio cuando el Sol están en ángulos de entre 0° y 50° cuando el Sol está más alto en ángulos entre 50° y 76° se verán arcos entre 8 my 6.5 m de radio; se reduce un poco el radio del arco que se observa con el fin de reducir la altura total del conjunto rampa-estanque.

Se puede utilizar una pantalla cortavientos (V) para evitar la salida de gotas de agua fuera de la instalación. La pantalla cortavientos se puede materializar en forma de casquete esférico o una forma similar que circunda parcialmente la instalación y que girará automáticamente para enfrentarse a la dirección del viento (Figura 5), de esta manera se estabiliza la posición de la cortina de gotas de agua y se minimiza la influencia del viento.

Las dimensiones y cobertura que deberá tener la pantalla dependerán de las condiciones de viento de la zona de implantación, la pantalla se podrá retirar de forma automática total o parcialmente en el momento que no haya viento o no sea necesaria por la posición de la cortina.

En cuanto al arcogenerador, éste se materializa en un circuito hidráulico de forma semicircular, este circuito va a tener varias ramas, cada una de las cuales provista de una pluralidad de pulverizadores uniformemente distribuidos y orientados en sentido ascendente.

El sistema consta de una serie de elementos que se ven en la figura 6, el abastecimiento se hace por una toma de agua (7), este agua pasa por un filtro de impurezas (8) y llega a una bomba hidráulica (9) dotada de regulación de velocidad (10), a la salida de la bomba se coloca una válvula de seguridad (11) tarada a una determinada presión para proteger la instalación de una posible punta de presión, seguidamente se instala una válvula antirretorno (12) para protección de la bomba, al llegar al arcogenerador la conducción principal se subdivide en tres ramas que van a alimentar a los ramales semicirculares (13) en tres puntos diferentes con el fin de hacer un mejor reparto de alimentación; todas las ramificaciones de la conducción principal (a,b,c,d,e,f,g,h) tendrán una sección proporcional al número total de boquillas que van a alimentar para que mantengan una misma presión. En la salida justo antes de cada boquilla pulverizadora (15) se instala un estrangulador (14) para hacer una regulación final de presión en la salida, para mantener constante una determinada presión y crear en todo momento una cortina de gotas de agua uniforme y con una concentración en número de gotas por volumen adecuado. En la figura 12 se observa la posición que adoptan los ramales semicirculares C1, C2, C3 y C4.

El circuito hidráulico está soportado por una estructura metálica simple que moverá un brazo mecánico para conseguir una orientación correcta en cada momento (Figura 8).

Consecuentemente la cortina de gotas tendrá forma próxima a la semitroncocónica, habiéndose elegido esta geometría con el fin de optimizar el caudal de agua necesario, minimizar el agua que se pierde fuera de la instalación, a la vez que para adaptar el aparato a la geometría de las plataformas de observación planteadas. Con ello se consigue la creación de una cortina de agua de radio cercano al de la instalación, con una anchura de cortina que será aumentada a medida que aumente el radio de la misma, la anchura de la cortina debe estar en torno al 50% del radio del arco producido.

El circuito va a estar alimentado por una bomba hidráulica con regulación de velocidad con el fin de poder regular el caudal. Al variar el caudal en los chorros que producen las boquillas pulverizadoras, se produce lo siguiente: si el caudal aumenta, aumenta la presión esto implica que: disminuye el tamaño de las gotas, aumenta la velocidad de salida de las gotas, aumenta la altura del chorro pulverizador y disminuye su anchura; si el caudal disminuye se producen los efectos contrarios. Por tanto con la regulación del caudal puede lograrse regular la nitidez de observación del fenómeno.

Es preferible utilizar tanto tuberías como el resto de los elementos (en la medida de lo posible) de materiales trasparentes (cristal, plástico o similares) con lo que se gana espectacularidad y se encubre el arcogenerador.

La instalación no va a ser un circuito cerrado, ya que como consecuencia del agua pulverizada que salga fuera, va a tener que haber una aportación a la misma.

Por otra parte las características optimas que deben tener las gotas de la cortina de agua son las siguientes:

Utilizando un caudal dado para la creación del fenómeno, se obtiene el arco iris con una mayor intensidad utilizando gotas de pequeño tamaño, puesto que en estas gotas existe una mayor influencia de la tensión superficial que hará que las mismas resulten más esféricas, lo que favorece que se produzcan los ángulos adecuados para las reflexiones y refracciones, a la vez que para un mismo caudal, utilizando gotas más pequeñas, se obtiene mayor superficie de reflexión con lo que se capta un mayor número de rayos solares existiendo consecuentemente un mayor número de rayos reflejados.

Una mayor concentración de gotas determinará una mayor superficie de reflexión y por tanto una mejor visualización del fenómeno, por lo que se utilizarán volúmenes de agua pulverizada por metro cúbico muy superiores a los de la lluvia para conseguir una mayor intensidad en el arco.

Una mayor uniformidad en la distribución de las gotas contribuirá a una uniformidad de reflexión, lo cual aprovecha al máximo la capacidad de reflexión del caudal y de la cortina de agua derivada de éste. Para lograr dicha uniformidad deben situarse los pulverizadores teniendo en cuenta la geometría del chorro de los mismos y la distancia que tienen éstos a diferentes caudales.

El fenómeno se observa con mayor nitidez si la velocidad de las gotas es baja. Presiones de trabajo altas nos darán como resultado velocidades de gota alta pero por el contrario gotas pequeñas; es un parámetro que está inversamente relacionando con el tamaño de la gota.

Cuanto mayor sea el nivel lumínico ambiental, mayor será la intensidad del arco, y consecuentemente mejor la visualización, por lo que los momentos ideales para la utilización de la instalación serán aquellos próximos al mediodía, en días soleados.

Atendiendo a lo anteriormente expuesto en cuanto a las características de las gotas; hay que reseñar que se puede utilizar aire con una alta humedad cercano a la saturación (aire húmedo) como alternativa a la utilización de una cortina de gotas de agua; en este aire como ocurre en ocasiones en la naturaleza se producirá el arco iris.

Las consideraciones expuestas en cuanto a situación, dimensiones y geometría de la cortina son prácticamente idénticas a las de una cortina de gotas de agua.

Se podrá por ejemplo utilizar un arcogenerador similar en cuanto a la geometría al expuesto en la Figura 12, para crear una cortina de aire húmedo de una geometría similar. El aire deberá pasar forzado por un humificador para que adquiera una humedad alta y luego saldrá por una pluralidad de salidas de aire. En principio se van a necesitar más salidas de aire y un arcogenerador con un mayor radio para conseguir una cortina de aire estable en comparación con un arcogenerador con alimentación de agua.

Una solución mixta se puede lograr utilizando boquillas pulverizadoras que utilizar aire a presión como agente pulverizante del agua, en la salida de estas boquillas se obtendrán mezcladas gotas de agua de pequeño tamaño y aire húmedo saturado. Estas boquillas se pueden montar en un arcogenerador como el de la figura 6 con la salvedad de que habrá que alimentar las boquillas pulverizadoras con aire a presión que requerirá un circuito neumático adicional al hidráulico ya presente en la figura.

Se puede por tanto elegir entre un amplio abanico de boquillas y salidas pulverizadoras. Se recomienda la utilización de boquillas pulverizadoras del tipo industrial de las que existen en el mercado, con las que se obtienen mejores rendimientos y tienen tabuladas sus características con lo que resultará más fácil ceñirnos a las condiciones necesarias en la cortina antes mencionadas.

Teniendo en cuenta todo lo anterior además del radio de la instalación, se debe llegar de forma empírica a una serie de tablas que indiquen el tipo de boquillas que hay que utilizar dependiendo del radio de la instalación, la calidad de la cortina que se requiera y factores a tener en cuenta como la pulverización admisible fuera de la instalación.

En estas tablas figurarán las presiones nominales de trabajo a las que se obtiene un mejor rendimiento de la boquilla pulverizadora, de lo cual se deducirán los caudales necesarios y las dimensiones de los chorros generados.

Las dimensiones de los chorros generados determinarán el número de ramas que va a tener el arcogenerador y el número de pulverizadores que va a tener por rama (Ver figuras 9 y 10).

De todas formas para formar la cortina de la Figura 12 (de forma aproximada a la semitroncocónica) se pueden adoptar diferentes soluciones: situar las salidas pulverizadoras en dirección radial y sentido ascendente como se ve en la Figura 10, situarlas en dirección circular y sentido ascendente como se ven en la Figura 11. En la Figura 10 se ha utilizado unos pulverizadores que dan una cortina de gran calidad (gotas pequeñas, etc), en la Figura 11 se han utilizado pulverizadores que dan chorros más estables frente a la acción del viento debido a que generan gotas más grandes y chorros más cortos dando como resultado una calidad de cortina inferior y por tanto un menor rendimiento.

Se podrá utilizar por tanto desde aire húmedo, pasando por pulverizadores industriales, hasta chorros de fuentes tradicionales siempre que se sitúen en la posición indicada, con los que se obtendrán diferentes calidades de cortina, se elegirá uno u otro según las necesidades y requerimientos en cada zona.

A la hora de buscar una zona de implantación adecuada, hay que tener en cuenta principalmente dos factores: horas de Sol de incidencia directa (número de días al año despejados o parcialmente nubosos y su nivel de intensidad lumínica) y las posibles interferencias debido a la altura de edificios o construcciones en la zona de implantación.

En latitudes bajas (entre 35° Norte y 35° Sur), el Sol permanece todo el día muy alto y amanece y se pone rápidamente, la intensidad lumínica y los días soleados son muchos. En la estación de verano el Sol alcanza alturas superiores respecto al invierno además de haber más horas de Sol, mayor intensidad lumínica y más días despejados. También influye el tipo de clima o microclima de la zona, los climas áridos con cielos siempre despejados y una intensidad lumínica alta son ideales.

Debido a la evolución de la trayectoria del Sol en una misma plaza, las zonas de puesta y amanecer al igual que la altura que alcanza el Sol cambian para las diferentes estaciones.

En la zona de implantación podrán existir en ciertas épocas del año y horas del día unas zonas de "sombra" debido a la interferencia de algún edificio que impediría la incidencia directa de los rayos de Sol sobre la instalación, se deben buscar por tanto lugares en los que se minimice este suceso, es decir zonas en las que los edificios o construcciones circundantes no sean muy altos con relación al radio total de la plaza o que estén orientadas de modo que tengan liberadas de edificios las zonas en las que el Sol amanece y se pone.

Plazas peatonales amplias con jardines o similares son muy recomendables ya que en ellas es posible además la observación del arco iris fuera de la instalación en las siguientes condiciones:

Cuando el Sol está entre 0° y aproximadamente 25-30° (horas próximas al amanecer y anochecer y cuando está bajo) se podrá observar el arco iris desde el exterior de la instalación. El dibujo de la figura 14 refleja una plaza tipo de radio total en torno a 30-35 m, con un radio del estanque de 10 m y prácticamente liberada de edificios en las zonas en las que el Sol esté más bajo.

Para ello habrá que situar el arcogenerador fuera de la posición relativa optima que antes hemos expuesto; se situará perpendicular al suelo y con una altura sobre el suelo de la base del arcogenerador de 1.5 m y de cara siempre a los rayos del Sol, se situará aproximadamente a 4 m (para un radio del estanque de 10 m) de la posición teórica del observador en la plataforma en cada momento, como se observa en la figura 14.

En la Figura 13 se observa la parte del arco que vería cada uno de los observadores situados en diferentes posiciones de la zona de observación cuando el ángulo del Sol está en torno a 12°. Para cada ángulo al que esté el Sol se va a tener una zona de observación que va aumentado sus dimensiones a medida que aumenta ese ángulo; en la figura se observa la zona de observación para el ángulo de 12°, cada observador que esté dentro de la zona verá un arco iris que será el resultado de la intersección de sus conos de observación con la cortina de agua generada.

Si se hace que el arcogenerador adquiera una mayor altura, las zonas de observación serán más anchas y se podrá apreciar el arco desde más lejos de la instalación, por tanto se podrá regular esta altura según las dimensiones de la zona de implantación.

Por otra parte se marcará en el suelo las horas a las que sale y se pone el Sol cada mes, obteniendo lo que podría denominarse unas zonas de amanecer y puesta de Sol. En la figura 14 se han marcado a modo de ejemplo las horas de amanecer para tres días del año: el Solsticio de Verano, el Solsticio de Invierno y el Equinoccio.

En instalaciones en las que no sea posible poner al observador en esas zonas circundantes a la instalación (plazas con coches alrededor), cuando el Sol está entre 0° y 25-30° se colocará al observador en el perímetro del estanque pero sin subirse a la plataforma; el arcogenerador se pondrá en su posición relativa teórica con respecto al observador, con lo que se logra que el arcogenerador no tenga que adquirir una altura excesiva sobre el suelo como ocurriría si se sitúa al observador a la plataforma cuando el Sol está entre estos ángulos. En este tipo de instalaciones situadas por ejemplo en plazas con tráfico rodado se debe además proporcionar acceso a las personas por un paso subterráneo, elevado o un paso de cebra.

Puede existir incluso una rampa intercalada entre el suelo y la principal (en plazas de radios grandes), ver figura 15, con el fin de reducir la sombra de la rampa principal sobre la cortina de agua; cuando el Sol está entre 0° y 25-30° en meses de alturas del Sol intermedia como primavera y otoño se situará al observador en la rampa intermedia y en invierno se situaría en el suelo.

Una vez que aumente el ángulo por encima de aproximadamente 25-30° en ambos casos, solamente se podrá observar el arco iris desde la rampa superior de la instalación.

Debido a la incidencia del viento sobre la instalación en ocasiones se podrá observar una porción del arco mayor que la propia instalación desde zonas alejadas como se puede observar en la figura 16.

En días de luna llena y cielo despejado se podrá observar por la noche el "arco iris lunar" es decir por efecto del reflejo de los rayos solares en la superficie lunar, se tendrá que orientar la instalación hacia el reflejo lunar y se observará el fenómeno aunque con una intensidad menor que por el día. Se deben evitar en la medida de lo posible la interferencia de luces artificiales.

Se puede gestionar el brazo mecánico informáticamente de forma que esté en la posición adecuada en cada momento; un sensor perseguidor solar puede ayudar para realizar esta gestión. También se podrá actuar sobre el regulador de velocidad del circuito hidráulico para aumentar o disminuir el caudal en las posiciones que interese.

En momentos de muy poca iluminación, mucha nubosidad o interferencia de los rayos de Sol con edificios u otros obstáculos no será posible la observación del fenómeno y la instalación se apagará automáticamente; al igual que en momentos en los que exista mucho viento que mojaría las zonas circundantes, se utilizará un anemómetro para medir la velocidad del viento y un sensor que nos determine el nivel de luminosidad en cada instante.

Lo ideal es que un ordenador central con un software específico controle todos los datos antes mencionados para realizar una gestión óptima de la instalación.

La instalación puede hacer las funciones de reloj de Sol, dibujando unas marcaciones en el fondo del estanque con la posición del Sol en cada hora de cada mes, la posición de la base del arcogenerador nos dará en cada instante la hora del día (Figura 17).

Dibujando la rosa de los vientos en la base del estanque, la base del arcogenerador, nos dará en qué posición está el Sol y dotando al arcogenerador de un medidor de ángulos se obtendrá el ángulo que tiene el Sol con respecto a la horizontal en cada momento.

Marcando en la plataforma de observación, cada cierta distancia, los grados respecto a la horizontal a los que está el Sol en cada mes, comparando lo que indica el medidor de ángulos situado en el arcogenerador con la marcación en la plataforma para cada mes, se obtendrá el mes, una vez sabido el mes, se verá la hora que marca la base del arcogenerador para ese mes. Se podría llegar a un nivel de detalle en fechas superiores al mes.

Con esta serie de marcaciones la instalación da la fecha, la hora, las horas de amanecer y puesta del Sol, por tanto la duración de los días y la posición del Sol en cada momento.

Variando las posiciones absolutas del arco generador y/o la plataforma de observación, se pueden obtener diferentes soluciones que pueden ajustarse mejor a diferentes zonas, se muestran algunas de ellas.

Si se mantiene al observador fijo en un punto elevado O, habrá que mover el arcogenerador para situarlo en cada momento en la situación óptima dependiendo de la posición del Sol. El observador estaría situado en este punto elevado y sólo tendría que mirar hacia el arcogenerador para poder observar el arco iris en cada momento (figura 18). Útil para situarlo en zonas elevadas, acantilados, torres, etc.

Mediante un estanque con la profundidad suficiente, el observador se situará mirando hacia el arcogenerador y alrededor del perímetro de dicho recinto. El arcogenerador se situará en la posición y altura adecuada en cada momento, movido por un brazo mecánico (figura 19).

Se puede utilizar una plataforma dotada de un giro en torno a un eje El (figura 20), con el giro sobre este eje y el desplazamiento hacia arriba o abajo por la plataforma del observador se conseguirá también obtener la posición adecuada en cada momento. El arcogenerador se situará en la posición y altura adecuada en cada momento, movido por un brazo mecánico. Se puede por supuesto combinar con un estanque para reducir la altura de la plataforma.

La instalación funcionará para cualquier radio, por tanto se pueden sacar versiones simplificadas para reducir costes y realizar una fabricación como "kit de jardín" para su utilización en domicilios particulares. Se utilizará un arco generador simplificado (figura 7) que se complementará con una pequeña rampa de ascensión, con un estanque o con una combinación de ambos según lo que convenga en cada caso.

Claims (12)

1. Instalación para la generación y observación del arco iris, que teniendo como finalidad permitir la visualización de dicho arco iris a cualquier hora y fecha del año, en cualquier lugar geográfico y con independencia de las condiciones climatológicas, basándose en la observación de una cortina de gotas de agua o cortina de aire húmedo generada por unas boquillas de proyección, se caracteriza porque comprende una plataforma de observación (1) en forma de rampa sobre la que se sitúa el observador (O), manteniéndose en todo momento las posiciones relativas entre dicho observador (O) y la cortina de gotas de agua (C) para cualquier posición del sol; habiéndose previsto que las boquillas (15) de proyección para la formación de la cortina de gotas de agua (C), correspondan a un aparato (4) generador de dicha cortina de gotas de agua (C), permitiendo situar permanentemente dicha cortina (C) en disposición perpendicular a los rayos del sol para cualquier posición de éste.

2. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 1ª, caracterizada porque la plataforma de observación (1) define una rampa que permite situar al observador (O) a una cota mínima necesaria en todo momento con respecto de la cortina de gotas de agua o de aire húmedo (C), dependiendo dicha cota mínima del ángulo al que esté el sol sobre la horizontal y de las dimensiones del arco iris (5) que se quiera observar, situándose la cortina (C) total o parcialmente en el espacio comprendido entre dos conos de revolución imaginarios que tienen su vértice en el observador (0), sus generatrices a ángulos aproximados de 40° y 42°, respectivamente, y con su eje común (OP) paralelo a los rayos del sol en todo momento; habiéndose previsto que la distancia del observador (O) al fondo de la cortina (C), donde se observará el arco iris (5), determina el radio (r) del arco iris que se observa.

3. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 2ª, destinada a implantarse en una zona circular, caracterizada porque la plataforma de observación (1) está situada en el perímetro de la zona circular, teniendo dicha plataforma (1) una altura mínima suficiente en cada punto para observar en todo momento el arco iris (5) de dimensiones deseadas; habiéndose previsto que el observador (O) se sitúe de espaldas al sol y mirando hacia la cortina, quedando ésta situada en el interior del perímetro de la instalación, siendo la geometría de la cortina de gotas de agua o de aire húmedo (C) susceptible de adoptar diversas formas.

4. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 1ª, destinada a implantarse en una zona circular, caracterizada porque la plataforma de observación (1) se materializa en la combinación de una plataforma elevada a una altura (II) determinada en cada punto del perímetro de la zona circular, y un estanque circular (3) coincidente con la zona en donde se va a implantar, con una profundidad determinada, con la particularidad de que la plataforma de observación (l) es susceptible de estar constituida simplemente por la plataforma elevada o por el estanque circular.

5. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 4ª, caracterizada porque la plataforma de observación (1) consta de una plataforma elevada que se materializa en una rampa de observación- ascensión que circunda la instalación y de un estanque circular (3); habiéndose previsto que la profundidad del estanque (3) más la altura de la rampa mínimas que se deberán alcanzar en cada punto para que se puede observar el arco iris (5) de dimensiones dadas en todo momento, dependen de la latitud geográfica, pudiéndose utilizar para latitudes altas plataformas de observación materializadas por la rampa de ascensión o solamente por el estanque; caracterizándose además porque en instalaciones con grandes radios latitudes tropicales se incluyen rampas de observación-ascensión intermedias (1R) intercaladas entre el suelo (SU) y la rampa principal (1P).

6. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 1ª, caracterizada porque se utiliza una cortina de gotas de agua (C) que se sitúa en todo momento perpendicular a los rayos de Sol.

7. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 5ª, caracterizada porque la cortina de gotas de agua (C) está generada por un aparato que se mantiene perpendicular al sol en todo momento, estando dicho aparato asociado a un sistema mecánico de movimiento que mediante las boquillas pulverizadoras (15) distribuidas en tal aparato para generar una cortina de gotas de reducida volumetría, distribuidas uniformemente con una concentración alta de gotas de agua.

8. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 7ª, caracterizada porque el aparato generador de la cortina de gotas de agua (C) está formado por una pluralidad de conducciones semicircunferenciales (13) perpendiculares al sol, en las que se establecen las boquillas pulverizadoras (15) uniformemente distribuidas, las cuales realizan una pulverización orientada en sentido ascendente, creando una cortina de agua de una forma cercana a la semitroncocónica, siendo las dimensiones de dicha cortina dependientes del radio del arco iris que se desea observar; habiéndose previsto que la situación óptima del observador sobre la plataforma de observación, se corresponda con el eje del semitronco de cono que forma la cortina de gotas de agua a una distancia del fondo de la cortina que es función del radio del arco que se quiera observar.

9. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 8ª, caracterizada porque incluye un circuito hidráulico con medios de regulación de caudal (10) capaz de alimentar al sistema y de mantener una presión constante en las boquillas pulverizadoras de boquilla (15), contando con medios automáticos de apertura o cierre de alimentación del fluido, en función de las condiciones atmosféricas, siendo las boquillas pulverizadoras (15) del tipo industriales y los materiales transparentes en los diferentes elementos que componen el aparato generador de la cortina.

10. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 7ª, caracterizada porque el sistema mecánico que mueve el aparato generador de la cortina de agua, con el fin de situarlo en su posición óptima en cada momento, se materializa en el caso de una instalación circular en un brazo mecánico dotado de tres ejes de giro y de un desplazamiento radial.

11. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicación 1ª, caracterizada porque en la observación del arco iris (5) desde el exterior de la plataforma de observación (1), la cortina de gotas de agua o la cortina de aire húmedo (C) se sitúa perpendicular al suelo y frente al sol habiéndose previsto que las dimensiones y situación de la zona en la que el observados (0) aprecia el arco iris (5), es función de las dimensiones de la cortina (C) y del ángulo en que está el sol.

12. Instalación para la generación y observación del arco iris, según reivindicaciones 1ª y 3ª, caracterizada porque la plataforma de observación (1) es giratoria alrededor de un eje perpendicular al plano horizontal y central de la instalación, permitiendo al observador situarse en la posición requerida en cada momento, combinando los movimientos de giro de la plataforma y del propio observador sobre tal plataforma.