COMO CONSTRUIR UN AEROGENERADOR DE MADERA DE ALTO RENDIMIENTO A BAJAS RPM
El
material de este artículo es una traducción del original cuyo título es “Wooden
Low RPM Alternator”, preparado por la gente de otherpower
Luego de fabricar nuestro primer
alternador de madera nos animamos a fabricar una versión mayor y más robusta.
El material que sigue proporciona una descripción sobre cómo lo construimos y
probamos. Como quiera que fue diseñado simultáneamente con su construcción no
tenemos dudas que habrá muchas mejoras que hacerle. Si usted las hace,
compártalas con nosotros en otherpower.com
Las pruebas iniciales configurado
en serie nos dan 12 voltios a 120 RPM con 6 amperios a 300. Configurado en
paralelo nos dan 12 voltios a 240 RPM con 12 amperios de carga a 350 RPM. A 500
RPM genera alrededor de 500 vatios. En una segunda oportunidad y por
limitaciones de nuestro equipo de prueba actual les proporcionaremos más
detalles.
PIEZAS NECESARIAS
·
Un eje de ½” por 10”
·
Dos municioneras internas de ½”
(Trate que sean de
rodamientos cónicos)
·
18 Imanes excedentes de NdFeB
·
Madera de ¾”
·
2.5 Kg de alambre de bobinar 18 AWG
·
Tornillos de 1 ½”
·
Tornillos de 3”
·
Resina epóxica
·
Resina para trabajar fibra de vidrio
·
5 discos de madera de 9” de
diámetro.
En el centro de los discos de
madera de debe perforar un agujero de ½”. Luego deben ser laminados al eje para
formar parte del inducido del generador. Para fijar este inducido al eje le
hicimos un estaje de 1/8”al eje a 4” de su extremo. En el canto de uno de los
discos taladramos un agujero del mismo diámetro y en él insertamos un pasador
de 4” que impidiera que ese disco girara. Luego colocados dos discos a cada
lado del taladrado y lo encolamos muy bien. Finalmente los colocamos sobre el
eje y los atornillamos con los tornillos de 3”.
En nuestro torno de metales
(Aunque en realidad se necesitaba uno de madera) le hicimos el acabado al
inducido para llevarlo a un diámetro final de 8 3/4”. En el centro del canto
del inducido hicimos una canal de 3/16” de profundidad y del alto exacto de los
imanes (1.74”). En esa canal tendimos los imanes alternados sus polos. Estos
imanes son obtenibles con sus polos N o S hacia arriba o hacia abajo, de manera que se requieren 9 de cada
característica.
Como los imanes sobresaldrán de la
canal del inducido su nuevo diámetro llegará a 9 ¼”. Los imanes tienen un arco
algo mayor que el inducido de manera que parecen pequeños accidentes sobre su
superficie. Esto no es problema. Para espaciar los imanes (Aproximadamente
0.10”) empleamos tornillos “tirafondo”. Como su forma es biselada, al
atornillarlos más profundamente se logra una distancia mayor entre imán e
imán.
Basta tener algo de paciencia para lograr una profundidad igual en todos los
tornillos, lo que nos garantizará un espaciado uniforme de los imanes.
Finalmente pegamos los imanes con
resina epóxica. Como prensa empleamos una cuerda que apretamos en su nudo con
una palanca. Cuando la resina comenzó a fraguar retiramos los tornillos
separadores y le dimos a todo el conjunto una buena cubierta de resina. Esta
resina lo protegerá contra los elementos.
Una recomendación final: Dele
varias vueltas de alambre de acero inoxidable, que es antimagnético, al conjunto de imanes, para
asegurar que no se desprendan de su sitio cuando este inducido gire a altas
RPM. Haga que los nudos de su alambre no queden en la curva de sus imanes, sino
en los espacios vacíos entre imán a imán cuidando que estos no lleguen a
tocarse. Si lo cree conveniente, fabrique espaciadores de algún material no
magnético y resistente (Pueden ser cuñas de plástico) y acúñelos entre los
imanes para asegurarse que no se desplazan lateralmente hasta tocarse.
El estator se fabrica sobre un
disco de madera de ¾”. Su círculo interno tiene un radio de 5”, lo que deja
espacio para las bobinas y el inducido.
Los imanes sobresalen
aproximadamente 1/8”. Si las bobinas tienen un espesor de 3/8” nos quedará un
espacio vacío lo suficientemente útil. Este espacio debe ser muy reducido, ya
que no tenemos un núcleo metálico en este estator.
Las láminas de madera del estator
han sido cortadas individualmente y encoladas y atornilladas con tornillos de 1
½”. Cada parte está hecha con tres láminas para obtener un espesor total de 2
¼”.
El eje se apoya en soportes
construidos también de madera de ¾”. En
ellos hicimos agujeros de 1 ½” para colocar las municioneras.
Las municioneras tiene un diámetro
al eje de ½” y su diámetro externo es de 1.6”. Como los agujeros en la madera
sólo son de 1 ½” su ajuste es apretado. Se deberá usar una prensa para
insertarlas debidamente recubiertas con resina epóxica. Debe tener cuidado con
este paso para que las municioneras queden a plomo y por tanto el eje quede
horizontal.
Para fabricar las bobinas
construimos un sencillo aparato que se muestra en la fotografía. Tiene un
manivela en un lado y un arrollador en el otro. Como eje usamos un tornillo
largo y el arrollador lo sujetamos con una tuerca. Al terminar con una bobina
se retira la tuerca de manera de retirar la tapa del arrollador y deslizar la
bobina hacia fuera.
Las 18 bobinas son de 50 vueltas
de alambre AWG 18. Miden 2 ¾” x 1 ½” y el agujero central es de 1 ½”. Estos
tamaños son algo intuitivos. Al retirar las bobinas del bobinador, colóqueles
una cinta adhesiva temporalmente para que no se deshagan y dóbleles levemente
sus terminales. Deben ser manejadas cuidadosamente al pegarlas a las láminas
del estator. En la fotografía que sigue mostramos las partes del alternador
listas para ser armadas.
El primer paso al fijar las
bobinas es colocarlas debidamente espaciadas en su sitio (Deben ser
equidistantes) y fijarlas levemente con pegamento rápido. El segundo paso
consiste en cubrirlas con bastante resina y u papel encerado para prensarlas en
su lugar. Nosotros usamos una formaleta que fabricamos para ello. Esta
formaleta la prensamos en su lugar y espesor (Diámetro) exacto para que el
inducido quepa como queremos.
Al secarse la resina retiramos la
formaleta retiramos la prensa,
formaleta y papel encerado y descubrimos que todo resultó como
deseábamos. Usted puede rellenar los centros de las bobinas con una mezcla de
magnetita y resina. Para conseguir magnetita, arrastre un imán atado a una
cuerda por el suelo. El polvo que se adhiera al imán es magnetita. Este
compuesto incrementará el flujo magnético de los imanes y también la capacidad
de generación del alternador.
La ventaja de usar un núcleo de
aire (Nuestro caso), es que no hay trabamiento de ningún tipo sino cuando el
alternador comienza a cargar. Este trabamiento es inevitable, aunque indeseable, en todos los alternadores de núcleo metálico y especialmente en
máquina de viento.
Luego de colocar las bobinas y
armar el conjunto sólo queda lijarlo pulirlo. Para él contamos con la ayuda de
nuestra gerente de Investigación, Desarrollo y Física de Partículas, Maya:
La resina hace que el alternador
quede a prueba de agua. Debe emplearse sin miramientos de ninguna especie.
En ninguna fotografía se pueden
ver las cuñas que le colocamos a las bases que nos sirven de guía de manera que
pueden ser colocadas rápida y exactamente donde quiera que deseemos colocar
nuestro alternador, bien sea en una máquina de viento o en una pequeña
cascada.
Para fabricar la base armamos todo
el conjunto de manera que no hubiera fricción y lo fijamos con pegamento
rápido. Esto nos permitió hacerle agujeros en los que irían las cuñas de guía
que ya mencionamos. Finalmente colocamos los tornillos de 3”. Nada debe vibrar
ni moverse en el conjunto terminado.
Para comenzar nuestra primera
configuración del cableado fue en series de nueve imanes. Estas bobinas deben
alternarse en la dirección que se han bobinado. Si esto le parece difícil de
entender el sistema de prueba y error no falla. Al hacer su cableado, gire
lentamente a mano el inducido y mida el voltaje obtenido en una bobina y
observe que a medida que pasa a la siguiente el voltaje aumenta con cada bobina
cableada en serie. Al concluir el cableado de todas las bobinas nos queda la
opción de unir las dos mitades en serie o paralelo para igualar la carga que
obtenemos al mínimo de velocidad de giro.
En la siguiente fotografía se
puede apreciar la prueba del sabor. Es segura mientras el voltaje no sea superior
a l0 voltios.
El alternador no cabe en nuestro
torno, de manera que las pruebas fueron bastante limitadas. Tuvimos que usar un
taladro que tiene un mandril de ½”. Leyendo la frecuencia podemos medir la
velocidad de giro. Cuando las dos mitades del estator fueron conectadas en
serie obtuvimos 12 voltios a 120 RPM y a 300 RPM generamos 6 amperios a la
batería.
Al conectar el estator en paralelo
obtuvimos 12 voltios a 240 RPM y a 350 RPM obtuvimos 10 amperios.
Nuestra limitación fue el talador
de mano que usamos.
La fotografía que antecede nos
muestra la salida en el osciloscopio y nos interesó verla debido a la cercanía
entre los imanes y la forma del inducido. Nótese que hablamos de corriente
alterna a la salida del alternador. Para cargar baterías esta corriente debe ser rectificada a corriente
directa.
Para hacer esa rectificación debe emplearse un rectificador de puente, que es
un sencillo arreglo de 6 diodos.
La fotografía que sigue nos
muestra la corriente ya rectificada a DC.
La forma que tiene la curva de la
corriente directa tomada del rectificador no es causa de problemas y solo
raramente en la recepción de señales de radio y televisión (Se escucha un
zumbido). Esto se corrige con un filtro.
La fotografía que sigue nos
muestra la curva de DC luego de filtrada.
Solamente con el ánimo de
experimentar le enchufé mi equipo de sonido. Este es un conjunto de reproductor
de CD enchufado a su vez a un preamplificador Fisher de tubos y este a su vez a
un amplificador de potencia Dynaco también de tubos. La suma del consumo de ese
equipo ronda 300 varios. Pues bien, el alternador los puso a funcionar con el
impulso del taladro. Si pensamos que el taladro consume 3.5 amperios no podemos
negar que hubo una transferencia de fuerza bastante eficiente.
Para
concluir: el proyecto nos
tomó dos días en completar. Los imanes cuestan alrededor de US$ 100 y otros US$
30 en alambre. No será mala idea construir las bases de hierro para ubicar las
municioneras debido a su mayor resistencia.
Este alternador será útil en una
aplicación que aproveche una caída de agua. No creemos que sea fácil ni
conveniente ponerle aspas y soltarlo al viento.
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