COMO CONSTRUIR OTRO AEROGENERADOR AXIAL

 

Este artículo es la traducción autorizada del original “Scratch Built Field Alternator” preparado por la gente de Alt From Scratch.

 

Este alternador es la respuesta a correos que algunos amigos nos han enviado para que diseñara un alternador de impulsión directa (Sin engranajes) y bajas RPM por voltio generado. Siempre los alternadores de impulsión por engranajes podrán hacerse que funcionen bien, pero con las desventajas propias de los engranajes: Pérdidas de potencia, requerimiento de mayores velocidades de viento y mantenimiento mayor.

 

Nuevamente nuestro objetivo era fabricarlo tan sencillo como pudiéramos, de modo que solo se necesitaran herramientas básicas y sus piezas no fueran caras ni difíciles de conseguir. Como los alternadores radiales requieren de piezas específicas para ellos nos decidimos por un alternador de flujo axial. Una de las cosas que nos preocupaban era el efecto de trabamiento que existe en la mayoría de los alternadores de IP y la intensidad de las ráfagas de viento que requieren para que arranquen.

 

Esto tiene varias soluciones: un “núcleo aéreo” o construir uno de hierro. El núcleo aéreo no es eficiente en el sentido en que no permite que las bobinas se saturen suficientemente con el paso de los imanes. La solución a este nuevo problema era fabricar un alternador con dos estatores, lo que resultaba en una enfermedad más grave que la anterior.

 

Por todo ello nos decidimos a emplear laminillas de metal como núcleo de las bobinas y colocarlas en una canal tallada en el disco de madera que sirviera de soporte de las bobinas. La fotografía que sigue muestra las laminillas fijadas en un disco de 9” hecho de madera de ¾”. El diámetro externo del núcleo de laminillas de 8” y el interno 5 ½”

 

 

Esta canal tiene ½” de profundidad y las laminillas ese mismo tamaño, de manera que quedan a ras de la superficie de la madera. Recuerde aislar las laminillas una de otra usando cinta eléctrica. Para fijarlas en sitio use resina de la empleada en trabajos de fibra de vidrio.

 

Como nuestro alternador tendrá 18 imanes hicimos marcas cada veinte grados en la superficie del estator. Las bobinas deberán caber en ese espacio. Para que ajusten deberán tener una forma triangular, por lo que se impone una herramienta para fabricar las 27 bobinas que necesitamos en un aparato trifásico. Cada bobina tiene 30 vueltas de alambre 20 AWG y tienen todas la misma dirección. Más abajo se pueden apreciar las bobinas siendo colocadas fase sobre fase sobre el estator.

 

 

Las pruebas iniciales dieron 1.V a 630 RPM. Esto significa la posibilidad de generación de 9.9 voltios de la serie de 9 bobinas. Las pruebas nos dieron 13.5 V  CA y 22V rectificados. Esto era mejor  que lo anticipado, por lo que procedimos a  colocar el resto de juego de bobinas y soldar los terminales en serie para las últimas dos fases del alternador. Esto nos dejó tres terminales sueltos: tres de entrada y tres de salida que soldaríamos más tarde.

 

Hechas esas conexiones probamos sus resultados montando el alternador en nuestro torno para efectuar pruebas adicionales. La conexión “estrella” obtuvimos 30 Voltios a 630 RPM. En la “Delta” obtuvimos 22. La configuración estrella proporciona mayor voltaje, pero menor amperaje. La Delta es a la inversa.

 

Más abajo aparece el estator listo y con bastante resina. Esta resina sella y mantiene las bobinas permanentemente en su lugar. A su lado aparece el disco metálico con los imanes colocados en el rotor. Ninguno de estos imanes estuvo pegado al rotor en las pruebas, pues poseen una inmensa capacidad de atracción.

El disco metálico incrementa la capacidad de magnetización de los imanes a las bobinas.

 

Los imanes se pueden conseguir a través de la página web www.wondermagnet.com  donde cada uno vale US$ 2.01.

 

 

Recuerde tallar una canal del tamaño de los imanes en el disco metálico. Los imanes miden 1.25” x 0.56”, 0.125”  de espesor.

 

Dentro de esta canal tenemos la tranquilidad de saber que los imanes no escaparán de su sitio por causa de la fuerza centrífuga. Si no es posible tallar esta canal, suelde una pletina de hierro alrededor del disco que haga las veces de canal.

 

Como son 18 imanes, trace 18 diámetros en su disco a 20 grados de distancia cada uno. Estos diámetros le servirán para posicionar los imanes sobre el disco sin temor a equivocarse y recuerde: los imanes deben ir en la posición NSNSNS...alternadamente. Como tienen sus polos en cada cara, identifíquelos y márquelos con un creyón.

 

El rotor será fijado al núcleo del rotor de aspas y todo ello al soporte sobre la municionera. Use una municionera de rodillos cónicos. Son resistentes a los impulsos laterales, que son los que proporciona el viento.

 

Luego de pegar los imanes usaremos resina para trabarlos en su lugar y protegerlos de los elementos. Finalmente deberemos balancear el conjunto y pasamos al siguiente problema: el cableado.

 

Como hemos dicho, podemos usar el arreglo delta o estrella. Más abajo vemos las diferencias de cableado de cada una:

 

 

La configuración estrella nos proporcionará 217 vatios a su velocidad máxima. En la delta podemos obtener hasta 400. Desgraciadamente, la configuración delta no permitirá velocidad de carga menor a 500 RPM, o sea, hasta que haya vientos de 21 KPH. La configuración en estrella a esa velocidad ya estará generando 76 vatios.

 

La solución es aparente: usar ambas configuraciones. La fotografía que sigue muestra el cableado casi concluido.

 

 

Este alternador no fue diseñado para incluir su cableado en la parte trasera, de manera que no fue nada fácil hacerlo. El controlador es un estrella/delta cuyo relee lo alimenta el alternador mismo. Fue diseñado y fabricado por Robert Nance Dee en Design Specialties. Es ajustable a velocidades desde 300 a 1050 RPM para hacer el cambio de configuración. Tiene asimismo un temporizador variable de .5 a 7 segundos que verifica que el viento es constante antes de efectuar el cambio. De lo contrario los cambios serían demasiado frecuentes, pues ocurrirían con cada cambio de velocidad del viento.

 

De todos modos, más abajo aparecen los requerimientos originales por si a usted se le ocurre algo más conveniente:

 

B, D y F son los contactos móviles y A, C y E son las líneas de salida. Cuando ellas entran en contacto con la tira roja estamos en la configuración estrella. Observe que la segunda fase está invertida. Esto se debe a que al apilar las bobinas existe un desfasamiento. El bobinado y soldado de los terminales es igual, pero los terminales de entrada y salida se invierten.

 

Más abajo hay una tabulación de los resultados de las pruebas. En ella se aprecia cuando debe ocurrir el cambio de estrella a delta:

  

RPM	Voltaje abierto	Amperios a 14 V	Vatios	Voltaje abierto	Amperios a 14 V	Vatios
200	12
300	18	1.39	19.5	10
400	24	3.41	47.8	14
500	30	5.43	76	17	4.64	65
600	36	7.45	104	21	6.93	97
700	42	9.47	132	24	13.96	195
800	48	11.49	121	17	18.62	360
900	54	13.51	189	31	23.29	325
1000	60	15.5	217	34	27.91	391

 

 Más abajo aparece el rotor luego de haberlo cubierto con resina y finalmente montado en el núcleo de las aspas. El color verde es una capa de pintura anticorrosiva.

 

 

Para añadir la resina al rotor, use algo que la contenga y que le permita mantener el rotor a nivel. No queremos que la resina nos quede inclinada. Esto lo puede conseguir pegándole al borde del rotor una tira de aluminio de latas de cerveza que luego puede retirar.

 

El rotor es de 72”. Con vientos de 30KPH giró a l000 RPM sin carga. En la siguiente fotografía lo podemos ver  montado sobre su eje y son sus aspas en sitio. La lámina metálica en el lado izquierdo el frente de las aspas es para fijar las pesas de balanceo necesarias. En este alternador.

 

 

 

 

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