Bienvenidos al Wild Wild West!!!

Todo parque temático que se precie ha de tener una zona del oeste, o al menos una montaña rusa de madera (el 60% de la población prefiere este tipo de montañas rusas a las de madera!!)

Esta zona se caracteriza por una tematización de la zona en una ciudad envejecida del Lejano Oeste, recreando los decorados que hemos contemplado en miles de películas como por ejemplo Wild Wild West. Es evidente que el material que cobra protagonismo en esta zona no es otro que la MADERA.

Recreación Lejano Oeste en Port Aventura

Old West Territory, Warner Bros Madrid

¿Qué prestaciones tiene la madera?

La madera es uno de los materiales estructurales con mejores prestaciones producido por la naturaleza. Esta se caracteriza por:
-Capacidad por absorber la humedad atmosférica (tiende a equilibrar su humedad con el ambiente)
-Facilidad de impregnación (podemos darla tratamientos para mejorar alguna de sus propiedades)
-Excelentes propiedades aislantes
-Excelente adherencia de adhesivos y pinturas
-Dilatación térmica muy baja
-Aunque es un material combustible, la carbonización superficial protege al interior (Hace falta mucho tiempo para que el fuego se coma por completo toda la estructura)
-Aislamiento acústico
-Bajo módulo de elasticidad
-Resistencia a la compresión, a la tracción y a la felixón
-Buen rendimiento en la relación peso/resistencia: Estructuras relativamente ligeras

Estas tan sólo son las características generales de la madera, hemos de tener en cuenta que existen miles de tipos y cada una con unas prestaciones específicas, además estas son sensibles a agente externos como hongos, o cambios de humedad, de modo que también habrá que tener en cuenta el tratamiento que se le aplica dependiendo de donde se encuentra la estructura.

¿Qué tipo de madera predomina en los parques de atracciones?

Un esquema general de la madera utilizada para el diseño de la zona del Oeste vendría dado por:

-Madera estructural: Pino Silvestre (procedente de la familia de las coníferas, se caracterizan por ser blandas, ligeras, elásticas, fáciles de trabajar, secan bien y presentan una resistencia moderada a la intemperie). Se usará madera con resistencia C18 o superior (clase resistente).

-Calculo: Tenemos en cuenta los factores de riesgo a los que se somete a la estructura, nos encontramos en riesgo 4 (situación de exterior y en contacto con el suelo). Las acciones consideradas en el cálculo son las correspondientes al uso, viento y efecto de una inundación.

-Humedad: La humedad de las piezas no será superior al 18%, para que se encuentra con una humedad similar a la de la zona en la que se encuentra y no sufra deterioros por equilibrar la humedad con el medio.

-Protección: Tratamiento en autoclave(*) de un protector a base de sales hidrosolubles de cobre, el cual deberá dejar impregnada en su totalidad toda la estructura, para protegerla de agentes bióticos (hongos e insectos) y conseguir una mejora en la estabilidad dimensional de la madera (prevenir cambios de humedad).

-Herrajes: Todos los elementos metálicos que acompañan a la estructura (herrajes, clavos, etc.) deben ir protegidos con al menos un galvanizado en caliente(**). Para clavos, tirafondos, pernos y placas metálicas con espesor superior a 3mm llevarán una protección del tipo Fe/Zn y la placas metálicas de hasta 3mm de espesor serán de acero inoxidable.

Herrajes Galvanizados en la zona de la cimentación de la atracción

Uniones metálicas para las vigas de madera

-Otras consideraciones: El acabado de la madera debe ser simplemente cepillado, evitando que queden partes sin cepillar expuesta al contacto con las personas.

Sin embargo, no es el pino silvestre el único tipo de madera utilizada para la realización de las estructuras, esta se combina con madera de SPF, la cual es un tipo de madera óptima para armar que presenta unas propiedades mecánicas mucho más resistentes.

También es importante destacar el "Parallam", el cual es un derivado de la madera, compuesto por láminas muy finas de este material encoladas entre sí por resina fenólicas a partir de un proceso de prensado. Estas toman gran importancia en la construcción de vigas y travesaños, ya que al contrario que la madera maciza, nos aporta un mayor grado de flexibilidad pudiendo generar elementos con directriz curva.

Travesaños de Parallam en un montaña rusa de madera.

Podemos ver que la madera no tiene nada que envidiarle a materiales como el acero a la hora de grandes construcciones, parece increíble que la estructura de una montaña rusa de madera este construida en su totalidad de madera y derivados de esta (exceptuando pequeñas uniones y el perfil metálico sobre el que se deslizan las vagonetas). Por ello antes de intentar inventar y seguir avanzando, muchas veces es mejor pararnos y observar lo que nos puede proporcionar la naturaleza.

Os dejamos un par de atracciones de madera que a día de hoy son las estrellas de los parques de atracciones en los que se encuentran:

Río Bravo. Warner Bros Madrid

Express Coaster. Warnes Bros Madrid

Stampida. Port Aventura

Nota:
(*) Tratamiento en autoclave: Tratamiento para la impregnación de la madera de un protector, consta de las siguientes fases:
1. Vacío inicial para extraer parte del aire de la madera
2. Introducción del protector a presión atmosférica
3. Vacío final para regular la cantidad de producto introducido
4. Apilado de la madera bajo cubierta durante un mínimo de 15 días para que se evaporen los solventes y se terminen de fijar las materias activas fungicidas e insecticidas
(**) Galvanizado: Protección de la superficie de un metal con otro metal. El caso más habitual es echar una capa de Zinc sobre Hierro (Fe/Zn), así conseguimos que el hierro quede protegido del oxígeno y el ozono, y por tanto corra menos riesgo de oxidación.

Preparados para rodar!

Existe un elemento toalmente necesario y que normalmente pasa desapercibido en las atracciones: Las ruedas de los carricoches!

Esta son totalmente fundamentales para desarrollar todo tipo de montañas rusas, ya que son las que deslizaran por los rieles y harán que nuestra experiencia en la atracción este determinada por movimientos bruscos y en ocasiones tortuosos para nuestra espalda, o movimientos suaves sin perder la "emoción".

En un principio las ruedas estaban hechas de metal, lo que daba lugar un deslizamiento algo "duro" por los rieles, pero gracias a los materiales avanzados aparece un nuevo aliado para solucionar este problema: POLIURETANO TERMOPLÁSTICO.

Poliuretano Termoplástico (TPU)

El poliuretano termoplástico es un tipo de poliuretano, que se caracteriza por ser un polímero elastómerico lineal.

Es un gran aliado para las ruedas de los carricoches gracias a sus perfectas propiedades mecánicas para desarrollar esta función:

-Alto poder amortiguador

-Alta resistencia a la abrasión

-Alta resistencia al desgaste, desgarre y a la tracción

-Alta resistencia al oxígeno y al ozono, es decir aguanta bien estar en exteriores

-Resistencia a temperaturas extremas

-Peso reducido

-Elasticidad y flexibilidad

-Tenaz

-Solidez a la luz

-Reciclable

Aunque tenemos que tener en cuenta que las ruedas no son de poliuretano como tal, sino que la cubierta de las ruedas esta constituida por este material, la llanta y el núcleo de la rueda siguen siendo de metal:

Esquema de composición de una rueda

No se nos puede olvidar que las ruedas son un elemento con el que tendremos que tener mucho cuidado, una mala elección de estas puede dar lugar a un descarrilamiento, el cual puede generar graves incidencias si nos encontramos a altas velocidades o a mucha altura en la atracción. Por ello el correcto mantenimiento de estas es muy necesario, debido a esto en 2008 se desarrollaron las lacas tipo "soft" las cuales mejoran sustancialmente la durabilidad de las piezas.

Rueda con cubierta de poliuretano

Vagones con ruedas con cubierta de poliuretano.

 Ya estamos listos para rodar!

Parque acuático: Toboganes (II)

Ya hemos hablado de que la fibra de vidrio es el material más adecuado para crear nuestros grandes toboganes. En esta parte veremos, sin embargo, que es necesario añadir varios componentes al polímero para que la seguridad de la atracción sea óptima. Además, revisaremos otros polímeros usados en toboganes más pequeños.

Aditivos al polímero
Nuestro material es un polímero termoplástico, como hemos tenido oportunidad de reseñar. Y su primer aditivo es el obvio: las fibras de vidrio, que le dotan de gran resistencia a tensiones. Para solucionar otros problemas, necesitamos más ingredientes:

Estabilizadores UVA:

Nuestro tobogán va a estar permanentemente a la exposición directa del Sol, por lo que debemos estudiar qué efecto tiene la radiación ultravioleta y el calor sobre nuestro material. Los polímeros siguen un ciclo de degradación químico como el que aparece en la figura.

Ciclo de dergradación de los polímeros

Como podemos ver, con la intervención del calor y la radiación UVA, las cadenas de polímeros tienden a oxidarse. Estas cadenas oxidadas, reaccionan con otras cadenas oxidándolas también. Con esto se consigue la degradación de las propiedades mecánicas.

Para evitar este proceso de degradación, podemos añadir unas substancias químicas que actúan como sumideros para los rayos UVA. Son llamados estabilizadores. Se usan habitualmente benzofenonas, benzotriazoles o fotoreguladores. Al recibir la radiación o el calor, se produce en estas moléculas una transferencia intramolecular de protones, que resulta reversible. De esta manera, la radiación se dispersa y el polímero no se ve afectado.

Funcionamiento de los estabilizadores UVA, ilustrado con una benzofenona

Elementos antiestáticos

Otro de los problemas que podemos encontrarnos es la acumulación de electricidad estática en la superficie, ya que hay mucha interacción con otras superficies cargadas (las personas que bajan en el tobogán). Para evitar esta acumulación, debemos bajar la impermeabilidad del polímero, introduciendo elementos antiestáticos.

Estos aditivos atraen la humedad hacia la superficie del plástico, mejorando su conductividad eléctrica, y evitando la acumulación de carga en dicha superficie. Los elementos usados más frecuentes suelen ser aminas y compuestos cuaternarios del amonio, o ésteres fosfóricos y de polietilenglicol.

Colorantes

A la hora de darle color al polímero, es necesario que introduzcamos unas sustancias químicas determinadas, que suelen ser bien pigmentos o tintes. La diferencia entre ellos es la solubilidad: los tintes son solubles en agua, con lo que tienden a absorber la luz que les llega, mientras que los pigmentos son partículas no solubles que se dispersan por el medio y reflejan la luz.

El colorante más adeuado para este caso son los pigmentos, ya que se dispersan mejor por todo el polímero, mientras que los tintes tienden a concentrarse más en ciertas zonas, dando menos solidez al color.

 

Otros polímeros

No sólo de fibra de carbono vive el hombre. Este material resulta muy útil para crear grandes estructuras, pero si lo que queremos es un tobogán para "andar por casa", para una piscina pequeña, resulta poco rentable. Podemos reurrir a polímeros no reforzados con fibras, ya que la resistencia a esfuerzos que van a recibir no es tan alta. 

Se recurre a polímeros termoplásticos que de por si, ya tengan cierta resistencia a tracciones, como el polietileno de baja densidad o el poliéster de vinilo. Aún así, es necesario incorporar estabilizadores UVA e inhibidores antiestáticos

Conclusión

Hemos visto que para fabricar grandes toboganes, es necesario usar un material como los polímeros, lo suficientemente ligeros, pulidos y maleables para crear la forma que queramos. Sin embargo, es necesario dotarles de ciertas propiedades, y para ello debemos reforzarlos con elementos de diversa especie química:

• Para resistencia mecánica, usamos fibras de vidrio
• Para bajar la degradación debido a la luz solar y al calor, usamos estabilizadores UVA
• Para suprimir los efectos de la electricidad estática, usamos elementos inhibidores estáticos.
• Para dotar al polímero de color, usamos pigmentos.

Esperamos que os haya gustado la sección y os resulte útil. Ya no veréis los toboganes de la misma manera cuando vayáis al Aquopolis.

 

Parque acuático: Toboganes (I)

El ingrediente fundamental de cualquier parque acuático son los toboganes. Estos son la base de cualquiera de las atracciones, superficies deslizantes lubricadas con agua que permiten a los usuarios una caída divertida y emocionante a la piscina. Estos toboganes están basados en el uso de polímeros. Veremos como son tratados estos materiales para crear una experiencia de caída controlada.

Como podemos ver, todas las atracciones acuáticas están basadas en los toboganes (Parque Acuático Santos, Hondura)

Este es uno de esos míltiples casos de elementos que ya existían en la naturaleza desde hace eones. En la orilla de los ríos se crean formaciones de rocas por las que discurre un riachuelo que desemboca al río. La sedimentación hace que estas superficies rocosas estén muy pulidas, y además el constante flujo de agua provoca el crecimiento de musgos. La superficie pulida, junto al musgo y al agua hacen de esta, una superficie altamente deslizante, usándose por los humanos como tobogán natural incluso en nuestros días.

Tobogán de agua natural 

El funcionamiento de los toboganes artificiales es el mismo: una superficie pulida por la que pasa un flujo constante de agua permite el deslizamiento. Queremos además, construir estructuras más grandes y complicadas que nos permitan hacer toboganes largos y curvados. Debemos recurrir a un material, que por lo menos cumpla cuatro propiedades:

• Coste no excesivo
• Gran estabilidad estructural y resistencia a las tensiones
• Resistencia al agua, pero haciéndose muy deslizante en contacto con ella
• Permita maleabilidad y gran cantidad de colores.

Está claro que debemos recurrir a los polímeros, y en concreto a los polímeros reforzados. El más indicado es reforzado con fibra de vídrio, del que ya hemos hablado en otro post, así que ya sabemos que cumple de sobra estas condiciones. En los parques lo que se hace es encadenar varios segmentos pequeños de tobogán, dándoles una curvatura determinada. A través del diseño, se modula la velocidad.

Aditivos del polímero

Aunque la fibra de vidrio sea altamente resistente a las tensiones gracias a la incorporación de las fibras, hay otros elementos que se le añaden a este material en su fabricación. Los tres más importantes son los estabilizadores UV, los aditivos antiestáticos y los colorantes. En el siguiente post hablaremos de ellos un poco más en profundidad.

Banco de materiales: Espuma de poliuretano

Descripción

La Espuma de Poliuretano es un material sintético, altamente reticulado y no fusible, que se obtiene de la mezcla de dos componentes generados mediante procesos químicos a partir del petróleo y el azúcar: el Isocianato y el Poliol. Hay dos maneras de obtenerlo: proyectando al mismo tiempo los dos componentes en una superficie, o por colada (mezcla de ambos materiales).

Una vez mezclados los componentes, el calor liberado durante la reacción se emplea para vaporizar el agente de expansión, que es el causante de la transformación de la mezcla en espuma con un volumen aproximado de 25 veces el volumen de los componentes en estado líquido.

La densidad normal de la espuma está generalmente comprendida entre los 38 y 40

Kg/m³ y en virtud de la baja conductividad térmica del gas ocluido en las celdas de la espuma, proporciona un excelente grado de aislamiento térmico.

La espuma de poliuretano tiene múltiples usos en el mundo actual. Algunos de ellos son:

-En colchones como relleno principal o como integrante de los acolchados.

-En muebles en asientos de sofás y sillas, relleno de acolchados, etc.

-En la construcción, como aislante térmico, absorbente acústico o como relleno

-En automoción como elemento principal de salpicaderos, asientos, etc.

-En muchos artículos más como juguetes, prendas de vestir, esponjas, calzados, almohadas, cojines, envases y en general todo tipo de acolchados o rellenos. 

Propiedades

-Posee un coeficiente de transmisión de calor muy bajo, mejor que el de los aislantes tradicionales, lo cual permite usar espesores mucho menores en aislaciones equivalentes.

-Mediante equipos apropiados se realiza su aplicación "in situ" lo cual permite una rápida ejecución de la obra consiguiéndose una capa de aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.

-Su duración, debidamente protegida, es indefinida.

-Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad de adherentes de ninguna especie.

-Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.

-Muy buena estabilidad entre rangos de temperatura desde –200 ºC a 100 ºC.

-Refuerza y protege a la superficie aislada.

-Dificulta el crecimiento de hongos y bacterias.

-Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.

Aplicación al parque

Por sus propiedades aislantes térmicas, eléctricas, y de absorción del agua, consideramos que este material puede ser muy útil para proteger las estructuras y edificaciones de nuestro parque, así como para que las condiciones meteorológicas extremas molesten lo mínimo posible a los visitantes dentro de las atracciones.

Banco de materiales: Silicio

SILICIO

Descripción

El silicio, después del oxígeno, es el elemento más abundante en la corteza terreste, con aproximadamente un 28% de la masa total. En estado puro, es un semimetal que se comporta como un semiconductor intrínseco de marcado brillo metálico y muy quebradizo. Existen multitud de aplicaciones para este elemento. Entre ellas podemos encontrar:

- Aleaciones de aluminio, magnesio, cobre y otros metales, a los que aporta resistencia. Estas piezas de material fundido se utilizan generalmente en la industria del automóvil para fabricar piezas para coches.

-Manufactura de compuestos organosilícicos y resinas de silicona, elastómeros y aceites.

-Los silicatos se puede utilizar para hacer tanto cerámica y como esmalte.

-El dióxido de silicio y sílice (en forma de arcilla o arena) son componentes importantes de ladrillos, hormigón y cemento.

-Como componente en diversos implantes, ya que es un material inerte para el cuerpo humano.

-Células fotovoltaicas solares, a partir de obleas de silicio.

-Los cristales de silicio pueden usarse como cristales piezoeléctricos.

Pero sin ninguna duda el más relevante en las últimas décadas se corresponde con su utilización en la fabricación de circuitos integrados, que gracias a la facilidad de su obtención y su bajo precio ha conseguido avances importantísimos en los campos de las comunicaciones y la tecnología en general.

Aplicación al parque

En nuestro proyecto necesitaremos con toda seguridad utilizar este material. Principalmente se utilizará en todos los circuitos responsables del funcionamiento de las atracciones, así como en los de seguridad. Además, podrían utilizarse en células solares como mencionamos anteriormente, para así disminuir el gasto energético en otras formas de energía y disminuir así mismo los residuos contaminantes generados.

También podría ser utilizado en estructuras metálicas o, utilizado como parte de esmaltes,  en la decoración  del parque.

Fibra de vidrio, un material fundamental

Aunque este material desfortunadamente no esté en nuestro banco, es muy necesario para nuestro parque. Por ello, hablaremos e investigaremos en profundidad la fibra de vidrio.

Fibra de vidrio (polímero termoplástico reforzado con fibras de vidrio)

Como en la fibra de carbono, hay que saber distinguir las fibras en sí, del material. El vidrio es un material compuesto del que se hacen fibras que después se introducen en una matriz polimérica. Esta matriz se compone de un material bien termoplástico o bien termoendurecible.

La fibra de vidrio tiene propiedades muy similares a la de carbono, pero presenta la ventaja de ser menos frágil, más flexible y más barato. Presenta además una gran maleabilidad.

Propiedades

• Resistencia química: no se deteriora con facilidad. Resiste la mayoría de los ácidos con la excepción del fluorhídrico y el fosfórico.
• Estabilidad dimensional: no se estrecha o ensancha con facilidad. Su elongación nominal es del 3-4%
• Alta resistencia térmica
• Alta resistencia a las tensiones
• Impermeabilidad
• Aislante eléctricamente
• Versátil
• Barata

Aplicación al parque

La fibra de vidrio puede ser usada en muchísimos componentes de cualquier atracción, ya que proporciona una gran capacidad estructural con costes no demasiado altos. Sin embargo, creemos que es de extraordinaria importancia en los toboganes acuáticos.

Tobogán acuático desarrollado por Guangzhou Dalang Water Amusement Park Equipment

Esto se debe a que la fibra de vidrio es muy poco absorbente de la humedad, por lo que es prácticamente impermeable. Además, tiene una alta resistencia térmica, propiedad fundamental ya que este tipo de atracciones están expuestas de manera directa al sol, y un recalentamiento es fatal, ya que el contacto con la piel del usuario es directo. Su resistencia mecánica permite poder construir estructuras notablemente grandes.

En próximos posts entraremos un poco más en el tema de los polímeros termoplásticos, aparte de encontrar una manera de cambiar los rozamientos para modular velocidades de deslizamiento con estos mismos materiales.