COMO CONSTRUIR UN AEROGENERADOR DE 700 VATIOS
El
material de este capítulo es una traducción autorizada del original publicado
bajo el titulo “Homebrew 700 Watt Wind Turbine” publicado por la gente de Otherpower.
Podemos
decir que esta turbina es de un diseño experimental, pero no por ello poco
confiable. Nosotros utilizamos el conjunto de piezas de una rueda delantera de
un vehículo Volvo. A pesar de sus ineficiencias hemos visto cerca de 60
amperios a 12 voltios generados por esta turbina. Por supuesto, ese amperaje es
obtenible en vientos de bastante alta velocidad (Aproximadamente 60 KPH), pero
estamos hablando de 720 vatios.
Es una unidad radial diseñada empleando el disco del
freno, el soporte de la rueda, municioneras y la punta de eje de un vehículo
Volvo. Las municioneras hacen esta unidad sumamente robusta.
Los pernos originales sobre los que se montaba la
rueda fueron reemplazados por otros más largos de modo de colocar el rotor
sobre ellos.
Es de tres aspas y de 96” de
diámetro. La caída en
la punta es de aproximadamente 4 grados. En el eje aproximadamente 8. En el eje
cada aspa es de 7” de ancho y en la punta de 3 ½”. Además tienen un espesor de
7/8” en el eje y de 5/8 en la punta. En su lugar más ancho el espesor es
aproximadamente 35% de la longitud del plano.
Cerca del eje trazamos la forma del aspa e hicimos
cortes de guía que trabajamos con formón. A partir de allí el resto fue
relativamente fácil empleando una lijadora eléctrica.
Una vez que fabricamos las aspas las balanceamos. El sistema que empleamos fue localizar el centro de gravedad del aspa (El sitio en que queda en equilibrio) y luego la pesamos. Para hacer que las tres aspas pesen lo mismo tomamos la más liviana de patrón y quitamos material de las demás para que no solamente pesen lo mismo que la primera, sino que tengan su centro de gravedad en el mismo sitio.
Es natural que alguna de las aspas quede ligeramente más delgada o gruesa que las demás, pero ello se debe a la densidad de la madera y no a errores de construcción.
Este procedimiento es bastante rápido y sus resultados no nos han fallado.
El eje del rotor consiste de dos discos de madera de 10” de diámetro y de 1/2” de espesor. En uno de ellos hemos tallado un círculo de ½” de profundidad por 6” de diámetro para insertar una plancha de aluminio que con todos sus agujeros sirve para atornillas el rotor a sus pernos.
Al terminar las aspas usamos resina epóxica y laminamos una especie de sándwich, el cual finalmente apretamos con varios tornillos de madera de 1 ½”. Cuando esta resina secó usamos un “super pegamento” que se consigue como spray.
El chasis del conjunto
Es bastante sencillo. Se trata de un trozo de tubo de 60”. El alternador se suelda en su frente. Aunque el alternador está soldado, sus partes importantes pueden ser retiradas sin dificultad excepto la funda del eje, que pensamos que jamás habrá que retirar por desgaste.
El
inducido del alternador (El disco del freno) puede ser retirado quitando una
cupilla y una tuerca.
La
veleta la cortamos de metal delgado reforzado con dos costillas cruzadas en el
centro y alrededor del marco. En la sección de Veletas de este folleto
encontrará planos adecuados. Observe que el chasis tiene dos pies de amigos
para apoyar tanto el rotor como la veleta. Procure no hacer las cosas
excesivamente robustas por su peso.
El
mástil del chasis es un tubo de 2 ½” que se inserta a otro de 2” que le sirve a
su vez de mástil del generador, si es que se propone izarlo sobre tubos
apoyados en vientos de alambre. En la sección de Torres de éste folleto
discutimos una instalación de ese tipo en detalle.
El
conjunto no tiene protección para exceso de velocidad por causa de ráfagas
viento violentas. Tampoco tiene escobillas de recolección y transmisión para
impedir que el cable transmisor se enrolle en el mástil. Entre otras razones no
lo consideramos necesario porque es raro encontrar vientos que hagan girar constantemente 360° el
generador.
Esto lo resolvimos de la misma manera que lo hicimos en la descripción del
chasis del generador anterior. Consiga
un trozo de guaya y fíjelo al chasis y el mástil de manera de permitir unas
cuatro vueltas de 360° a su generador. Una vez allí no girará más y por tanto
el cable transmisor no se reventará si es holgadamente más largo que la guaya
entorchada alrededor del chasis.
Si
Ud. Le coloca una cuerda a la parte trasera de la veleta y la deja colgar hasta
una altura a la que Ud. llega y la sostiene con un peso para que no aletee por causa
del viento podrá deshacer los giros excesivos de su equipo manualmente cada vez
que ello sea necesario. Este mecanismo es bastante más sencillo que fabricar
escobillas de recolección de electricidad. En este folleto discutimos y
presentamos unas escobillas, si es que insiste en fabricarlas.
Este generador está funcionando. A seguidas le mostramos cómo hicimos las
pruebas con el prototipo:
Como se ve, está montado en la parte delantera de nuestra camioneta, donde tenemos nuestros instrumentos. Era sólo cuestión de esperar un día tranquilo y observar qué ocurría.
El arranque es algo “duro”. Pero lo hará con vientos de aproximadamente 18 KPH. Ya arrancado y
conectado en serie puede generar 10 amperios en vientos de 15 KPH, 20 amperios
a 30 KPH, 35 amperios a 50KPH y alrededor de 60 amperios a 60 KPH. Se pueden
conectar las dos mitades de bobinas series de 9 bobinas cada una. La conexión
en serie le proporciona el máximo voltaje. En paralelo se obtiene la mitad del
voltaje,
pero doble amperaje.
Hay varias maneras de aumentar la potencia de este
alternador:
Mayores bobinas,
Mayores imanes,
Menor salto vacío de aire entre los imanes y las
bobinas,
Un juego de aspas más
eficiente.
Lo único costoso de este generador son sus
imanes. Se trata de un tipo
de imán de neodimio que es sumamente poderoso para su tamaño. Entendemos que
uno de estos imanes puede ser hasta 10 veces más poderoso que otro de su mismo
tamaño.
La fotografía muestra la unidad terminada y
funcionando
.
Construcción del alternador
Partes y piezas que se
requiere:
La armazón de una rueda frontal de un vehículo mediano que incluya la
punta de eje, el soporte de la rueda, municioneras y disco de freno. Este
último, que puede resultar lo más caro, no tiene que estar pulido para ser
usado en otro vehículo.
36 pulgadas cuadradas de madera de ½”
5 libras de alambre de bobinar AWG 16
18 imanes de NdFeB en discos de 1 ½” de diámetro por 3/16” de espesor
Tornillos de madera de 1 ½”
Resina epóxica
Tiras de metal de ½” calibre 22.
La ventaja del sistema frontal de un vehículo son:
·
Municioneras
muy robustas. Su diseño biselado les permite tolerar enormes impulsos laterales
·
Un excelente
soporte para colocar los imanes
·
Costos
·
Tiempo ahorrado.
El único trabajo de taller que se requiere es tallar una canal de 1 ½”
en la superficie del disco de freno dejando un borde exterior de 1/16”.
En ésta canal se insertarán los imanes impidiendo que escapen de su sitio
cuando el rotor gire a altas
velocidades. No confíe en los “pegamentos de acero”.
Coloque los imanes en la canal mencionada y mida el espacio
sobrante.
Divida esa distancia por el número de imanes (18 en nuestro caso) y el
resultado es la distancia que debe haber entre imán e imán. Nosotros fuimos
afortunados, pues esa distancia era la del grueso de un palo de fósforo
(0.08”).
Posteriormente limpiaremos la canal cuidadosamente y pegaremos los
imanes.
No queremos anticipar este
paso. 18 imanes como los que
necesitamos pegados a una superficie plana crean una armazón magnética muy
poderosa. Si esta armazón llega a pegarse a otra armazón plana podría ser
imposible despegarlas. Si sus dedos llegaran a ser aprisionados entre estas
armazones corre el riesgo de perderlos. Cuando construya la armazón, colóquela
sobre madera en un sitio seguro
En la siguiente fotografía se observa el inicio del estator de
madera.
Está hecho de madera de 1 ½” de espesor. Se le ha cavado una canal de ½” de
profundidad y 1” de ancho para colocar en ellas una laminillas de láminas de
metal. Estas láminas deben quedar aisladas entre sí (La cinta eléctrica
adhesiva sirve).
Esta láminas amplían el campo magnético de los imanes y su aislamiento
evita la difusión de corrientes parasíticas entre ellas. No use metal
magnetizable (De alto contenido de carbono) en sus láminas. Su magnetización
ocasiona un fenómeno llamado histéresis por el que se desarrollan fuerzas para
compensar la acción de los imanes. (Corrientes de bajo voltaje y alto amperaje
que se presentan en núcleos de estatores de acero sólido). Use resina epóxica
(En bastante cantidad) para fijarlas.
La siguiente fotografía muestra el estator con sus láminas metálicas en sitio.
Las bobinas deben ser de 1
½” de ancho por 2” de largo. La herramienta para fabricarla ya la hemos
comentado dos veces.
En la siguiente fotografía se pueden ver las
bobinas colocadas sobre el estator. Mientras eso ocurre colóquelas a un lado
cuidadosamente numeradas y ordenando y marcando sus terminales adecuadamente.
Como hay 18
bobinas, cada una de ellas
ocupará un arco de 20 grados en el estator. Le recomendamos que lo marque así:
tome su disco con los imanes y marque la posición de cada uno de ellos en el
estator. No creemos que sea necesario si sus bobinas están bien hechas, pero
puede darles mejor forma con los dedos para acomodarlas perfectamente.
Una vez que haya colocado las bobinas fíjelas
con resina de secado rápido para que no
se muevan de su sitio.
Al terminar este
paso, rocíeles bastante resina, colóquele un papel
encerado encima, tome otro disco de madera y colóquelo sobre el papel.
Finalmente tome el disco de freno y centrándolo, colóquelo encima de la madera
y prense el conjunto. Mida bien la distancia entre el disco de madera de apoyo
inferior de las bobinas y el que está colocado encima del papel de manera que
la distancia no cambie en ningún sitio de su circunferencia. No deseamos tener
una distancia irregular entre las bobinas y los imanes.
Ahora es el momento de pegar los imanes al disco de freno.
Cuando la resina sobre las bobinas haya
fraguado, deshaga el conjunto y cubra toda la pieza con resina para protegerla
de los elementos. Trate de hacer un buen trabajo, pues no queremos bajar este
estator para cambiarlo por otro porque el agua de lluvia lo pudrió.
Al concluir estos trabajos dividimos nuestras
bobinas en dos juegos de nueve bobinas conectadas en serie. Posteriormente decidiríamos si
definitivamente conectábamos estas dos mitades en serie o paralelo.
El diseño original de la punta de eje hace
que el soporte de la rueda esté en contacto con el disco de freno. En nuestro
alternador la placa trasera es reemplazada por el estator que tiene
aproximadamente 2” de espesor con las bobinas montadas. Tenemos que fabricar un
espaciador de manera que el disco de freno quede a más o menos 2 ½” del núcleo
de la rueda para hacerle espacio al estator.
La fotografía que sigue muestra el que
hicimos de plástico, aunque se puede hacer de madera con una sierra y un
taladro.
En la fotografía que sigue se observa el
conjunto ensamblado sin el rotor. Observe los pernos largos que se proyectan a
través del espaciador. Sobre ellos se colocará el rotor. Solamente lo
apretaremos cuando haya sido finalmente colocado en su sitio.
Puede ser conveniente que suelde las cabezas de los tornillos a la base de la rueda, pues puede resultar muy difícil insertar una llave en el espacio que nos queda una vez que el rotor quede colocado en su sitio.
Aquí tenemos el alternador
listo.
Temporalmente todas las bobinas están en serie y nos proporciona 15 voltios a
un simple giro por mano. El próximo paso es fijarlo a un taladro cuyas
velocidades sean conocidas, como en el caso del generador anterior y por medio
de instrumentos determinar su velocidad y generación más eficiente (En serie o
paralelo).
Los resultados de esas pruebas con las
bobinas en serie aparecen en la siguiente tabla:
RPM |
VOLTIOS AC |
CORRIENTE DC A LA
BATERÍA |
125 |
11 |
0 |
200 |
18 |
4 |
300 |
26 |
6 |
350 |
30 |
8 |
500 |
44 |
18 |
A partir de 300 RPM la carga a la batería aumenta rápidamente.
Al conectar las dos mitades del estator en
paralelo la generación llegó a ser 60 amperios a 60 KPH.
Un alternador como
este, construido con
cuidado y prestándole atención a los detalles, especialmente las tiras
metálicas (Que si las consigue del inducido de un motor quemado son las
mejores) y el salto vacío de aire entre el estator y el inducido puede llegar a
producir bastante más que el nuestro. Nuestra atención a esos detalles fue algo
reducida, pero los resultados nos parecen bastante satisfactorios.
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