OTRO AEROGENERADOR PEQUEÑO

Las fotografías al final son sortesía de la gente de Otherpower. Se han usado referencias a trabajos del  del Sr.  Hugh Pigott.

La generalidad de las preguntas que se nos hacen se refieren al valor de un aerogenerador y sobre dudas que se presentan en su rendimiento por ser algo pequeños. Cuando lea el capítulo en el que discutimos las necesidades de electricidad de una casa modesta en el campo descubrirá que no se necesita un generador de un kilovatio para alimentar esa casa. 

Satisfechas esas necesidades no hay necesidad de generar más electricidad. El exceso tendrá que ser desperdiciado. Descubrirá además que no tiene que invertir grandes sumas de dinero en la construcción de un aerogenerador y que siendo de  viento lo liberará de tener que ir a buscar aceite, combustible, repuestos para el motor del generador, adquirir conocimientos de mecánica que no tiene ni ha necesitado o gastar dinero empleando un mecánico.

Un generador de viento puede durar varios años antes de que tenga que cambiar su hélice o alguna municionera y siempre podrá hacerlo usted mismo. Su costo no es regalado pero dividido por el número de años que le durará con un mantenimiento mínimo y tomando en cuenta las posibilidades que le abre al tener energía eléctrica en su casa resulta casi regalado. Suponga que un aerogenerador le cuesta Bs. 250.000 y le dura 25 años. El costo anual de electricidad es de aproximadamente Bs. 10000, que es menos de Bs. 1000 mensuales (Bs.863). No hay generador de gasolina que cueste eso. 

Esperamos que el manual que presentamos sea en suficiente detalle que pueda contestar la mayoría de las preguntas de construcción que suelen hacer los principiantes. Es un manual nuevo porque consiste en un diseño diferente al primer Manual que ofrecimos aunque algo más complicado. Su rendimiento puede ser mayor al que entonces describimos lo que puede resultar más satisfactorio. Nuevamente, su construcción puede ocurrir en un taller pequeño ya que no requiere de instalaciones permanentes. 

Le recomendamos que si habla inglés visite los websites del Sr. Hugh Pigott y los Dans en  http://www.scoraigwind.co.uk y el del http://www.otherpower.com en ellos encontrará información adicional valiosa que proviene de verdaderas autoridades mundiales en la materia que estamos seguros despejarán cualquier duda que aun pueda tener. Si es posible, compre alguno de los libros sobre el tema que ellos ofrecen. Nunca están demás. 

Antes de comenzar es bueno hacernos las preguntas que tratamos de contestar más abajo. Son importantes porque sabiendo sus respuestas sabremos qué aerogenerador vamos a fabricar y con alguna aproximación cuánto vamos a gastar. Sepa que un aerogenerador genera corriente alterna (AC). Esta debe ser convertida a corriente directa (DC) con algunos diodos, lo que es bastante sencillo, para ser almacenada en baterías. 

Empecemos por allí y supongamos que Ud. tiene tres baterías de 600 amperios cada una para un total de 1800 amperios, que a 12 voltios nos da 21600 vatios. Como no pensamos en gastar toda esa corriente porque se dañan las baterías digamos que vamos a gastarle 20% de su capacidad o sea, 4320 vatios, antes de tener que apagar todo.

1 - ¿Cuánta corriente necesito?.

Una casa modesta en el campo generalmente puede tener una incubadora de dos bombillos de 50 vatios cada uno que deben estar encendidos las 24 horas del día. O en su lugar puede tener una pequeña bomba de agua de 200 vatios prendida durante 12 horas (O una de 499 encendida durante 6 horas). Esto da un total de 2400 vatios. Tiene además 4 bombillos de neón de 20 vatios que se encienden simultáneamente durante 6 horas diariamente. Esto da un total diario de 480 vatios. Tiene además dos ventiladores de 150 vatios que se encenderán 8 horas lo que da un total de 2400 vatios.

 El consumo total diario es de 5280 vatios (5.2 Kw.). Vale decir que esta cantidad equivale a 160 Kw. mensuales, que es posiblemente algo menos de lo que se consume en cualquier casa modesta de la ciudad. Sólo que en nuestra casa estamos obligados a ahorrar energía.

2 - ¿Cuánta corriente necesito generar?.

Nuestro generador no generará corriente las 24 horas del día. Digamos que sólo habrá brisa medio día (12 horas). Si dividimos 5280 vatios entre 12 horas necesitamos generar 440 vatios por hora durante las 12 horas que tendremos brisa. Para ir del lado seguro hablemos de la necesidad de generar 500 vatios por hora durante esas doce horas. No más. Esa es la capacidad de generación que necesitamos. Si la brisa le sopla por períodos más largos es Ud. una persona con suerte, pues no necesitará generar ni siquiera 500 vatios por hora. La tabla que sigue expone sus necesidades de generación dependiendo del número de horas durante las que sopla la brisa:

12 horas = 500 vatios hora

13 horas = 450 vatios hora

14 horas = 400 vatios hora

15 horas = 370 vatios hora

16 horas = 350 vatios hora

3 - ¿Cuál es el momento de crisis? 

Como en las baterías tenemos una capacidad disponible de 4320 vatios tenemos corriente para la  incubadora o la bomba para casi dos días sin brisa. A partir de allí tenemos problemas si no tenemos más baterías o podemos comenzar a dañar las que tenemos. Aquí viene algo interesante: Una vez transcurridas las horas de generación y recargadas las baterías tendremos que botar la corriente producida bien sea encendiendo los ventiladores y las luces o empleando un regulador de voltaje. El aerogenerador no se detendrá mientras haya brisa y no necesitamos más corriente. El exceso de carga puede quemar las baterías.

4 - ¿Qué materiales necesito?, ¿Cuánto cuestan?. 

        Chasis:

            2 trozos de ángulo de hierro de 2" x 10 1/2"

1 trozo de ángulo de hierro de 2" x  4" 

            2 trozos de ángulo de hierro de 2" x 1 1/2"

            60" de barra roscada de 1/2"

            1 trozo de tubo de 2 3/8" x 12"

            1 pieza de punta de eje trasero de un vehículo Chevrolet de tracción delantera.

            Electrodos, mano de obra                                                                              Bs. 70.000?

       Rotores

            2 láminas de hierro de 3/16"

            24 imanes magnetizados axialmente de 1" x 1" x 2"

            Resina epóxica para pegar los imanes                                                              Bs. 80.000?

       Estator 

            1 galón de resina para trabajar fibra de vidrio

            1/2 metro cuadrado de fibra de vidrio

            2,5 Kg. de alambre de bobinar AWG 16 para fabricar 9 bobinas                     Bs. 90.000?

        Veleta

            Los materiales de la veleta son recortes de tubo que probablemente consiga

            regalados.                                                                                                       Bs. 10.000?

            Total Bs.                                                                                                              250.000?

Como puede ver, no está desembolsando una gran suma a cambio de lo que va a obtener. Eso hace más recomendable usar imanes de neodimio de 2" x 1" x 1/2" que aunque mucho más costosos le van a proporcionar mucho mayor rendimiento, que es lo que Ud. necesita. 24 imanes de neodimio le sumarán alrededor de Bs.500.000 a este generador, que en cosa de un año o dos se pagará por si mismo y le quedará para casi toda su vida. Podrá disponer además de más unidades eléctricas para consumir la electricidad generada.

GENERALIDADES PREVIAS

Nosotros nos proponemos fabricar un aerogenerador de dos rotores y 12 imanes por rotor. Necesitamos 24 imanes de 1" x 1" x 2". En obsequio a la economía vamos a usar ferrita. Por otra parte, vamos a fabricar un aerogenerador polifásico (No es trifásico) de tres fases solapadas en 9 bobinas. Antes de aprender a determinar el tamaño de un rotor (Es posible que deseemos construir un aerogenerador más grande más adelante) hablemos algo de los imanes.

Los imanes son importantísimos en cualquier aerogenerador y lo que se gaste en ellos se verá bien

remunerado. Antes de seguir digamos que su magnetización es axial y no longitudinal. Su polos norte y sur no están en sus extremos como en cualquier barra tradicional sino en sus caras. No son raros los imanes de magnetización axial.

Los imanes los hay de hierro, de aleaciones tales como AlNiCo, ferrita, neodimio, samario y otras aleaciones que no vale la pena mencionar. Nuestra selección debe reducirse a dos tipos de imán: el de ferrita y el de neodimio. 

El imán de ferrita no es costoso (Aproximadamente Bs. 5000 por unidad) pero no es una maravilla saturando magnéticamente ninguna bobina. Por eso necesitamos tantos. 

El imán de neodimio es costoso (Bs. 20000 por unidad) pero es no menos de siete u ocho veces más poderoso que los de ferrita y satura muy bien cualquier bobina. Uno solo de estos imanes tiene generalmente una capacidad de atracción de 30Kg. 30 de ellos atraen 900 kilos. Estos imanes deben ser manejados en un constante estado de alerta para evitar fracturas a los dedos y golpes dolorosos y hasta graves.

Si usáramos estos imanes probablemente y empleando esos mismo 24 obtendríamos unos 700 vatios de corriente en los picos de generación sin tener que cambiar ninguno de nuestros diseños. Algunos de los aerogeneradores que se describen en nuestros artículos expresamente exigen ese tipo de imán.

Regresamos a nuestros rotores. Necesitamos dos. Estos rotores se fabrican de lámina de hierro de 3/16" de espesor. Para determinar el tamaño del rotor necesitamos saber algo sobre el tamaño de las bobinas ya que su núcleo debe casar con cada uno de los 12 imanes. Ya dijimos que el diámetro del rotor en la base de los imanes es de por lo menos 206mm.

Decimos "por lo menos" porque hay que añadir otra longitud y que es la holgura que vamos a dejar en la base de cada imán para poder trabajar cómodamente con ellos y que habíamos dicho que era 1/2" (12mm). El diámetro de los rotores a la altura de la base de los imanes es ahora 218mm. Ahora bien, si a la base del imán le sumamos su longitud (100mm, pues hablamos de dos imanes diametralmente opuestos) más la longitud de la pestaña (3/16" ó 5mm) llegamos a un diámetro total no menor a 323mm para nuestro rotor. Esto se aproxima a las 12 1/2" que aparecen en nuestro dibujo.

Resumiendo, si necesitamos 6" para colocar nuestra punta de eje más 1" de holgura total en la base  de los imanes en más 4" de altura de los imanes más 3/8" de pestaña tenemos un diámetro de 11 3/8" de longitud. Pero como lo queremos 12 1/2" debemos añadir cierta holgura desde el punto en el diámetro donde termina la punta de eje hasta el otro punto en ese mismo diámetro donde empieza la canal del rotor, o sea, 1 1/8". Si hablamos de radios todas esta distancias hay que dividirlas entre dos.

EL CHASIS

Sobre el chasis montaremos el conjunto generador. Su aspecto general aproximado es el que sigue en el dibujo:

Está construido con dos ángulos de hierro soldados en el centro para formar una "C" de 4". Puede emplear igualmente un trozo de viga en "C" de esa medida. Esta "C" va soldada a un tubo vertical de 2 3/8" y 12" de largo.

Tanto al tubo como a la "C" se le soldarán dos pestañas de ángulo de hierro de 2" tal como aparecen el dibujo. Las medidas de nuestro chasis aparecen en el siguiente dibujo. Observe que hay una pieza montada ligeramente excéntrica hacia la derecha en el chasis. Esta pieza es el conjunto de punta de eje trasero de un automóvil Chevrolet de paseo que nosotros adquirimos en un cementerio de automóviles y a la que le hicimos (Si no los traía) 5 agujeros de 1/2" en su diámetro original pero a 72 grados de distancia. Si la pieza trae 4 agujeros a 90 grados, deje todo así.

Esta pieza es una de las más resistentes en cualquier vehículo y si duran años en él tenemos la garantía de que durará también muchos años en nuestro aerogenerador. Esta pieza nos servirá para apoyar tanto los rotores como las aspas de nuestro aerogenerador.

Ningún dibujo está a escala.

A seguidas mostramos el aspecto lateral del chasis.

A fin de permitir que sea vea la pieza sobre la que giran los rotores y las aspas no hemos mostrado la pestaña de ángulo que va soldada al extremo del chasis pero que si se ve en el primer dibujo.

LOS ROTORES

Los rotores son dos discos de metal de 3/16" en los que se ha tallado una canal de 1/16" de profundidad a 5mm del borde del disco y de un tamaño superior en 1/2" del tamaño alto de los imanes que usaremos. Si los imanes miden 2", esta canal medirá 2 1/2". El dibujo que sigue ilustra mejor lo que decimos. En él se observan tres imanes colocados en su sitio. A los rotores además le hemos mandado a abrir cinco agujeros que casen con la punta de eje. No tome en cuenta los cuatro que nosotros mostramos a menos que estén a 90 grados y en cuyo caso mande a abrir solamente cuatro agujeros iguales en sus rotores..

Coloque los dos rotores enfrentados entre si casando sus agujeros y marque una línea guía profunda a lima en sus bordes. Como va a colocar 12 imanes y usando la línea de guía, trace 12 radios sobre la canal a 30 grados de distancia cada uno. Esos radios son el centro de cada imán.

Identifique los polos N y S de cada imán enfrentándolos entre si y recordando que polos iguales se repelen y diferentes se atraen. Pegue ahora sobre el rotor los imanes teniendo el cuidado de poner el segundo y a partir de la guía donde está el primero alternando su polaridad y así sucesivamente. Los imanes quedarán colocados N  S  N  S  N  S..... etc. En el segundo rotor la polaridad es invertida respecto del primero. Los imanes irán S  N  S  N  S  N....etc. Si Ud. enfrentara los dos rotores por su guía una cara de un imán N mirará a la cara S en el rotor del frente en todo momento. Si no es así, empiece de nuevo.

¡ALERTA!. Con imanes de ferrita esto puede hacerse sin mucho peligro aunque cuidadosamente por la atracción que 30 imanes de poca potencia ejercen entre si. Si está usando imanes de neodimio o samario,  NO HAGA ESTA PRUEBA DE ESTA MANERA, ES MUY PELIGROSA. Si los dos rotores llegan a unirse es probable que no pueda despegarlos jamás y si le aprisionan los dedos puede llegar a perderlos. Coloque un rotor en su sitio con sus cinco barras y tuercas sobre la punta de eje y deje 5 tuercas libres colocadas en la barra para apoyar e impedir que el segundo rotor se pegue al primero. NUNCA trabaje solo en este paso. Para su protección, busque que alguien lo vigile. Es preferible que pegue los imanes como último paso al ensamblar su aerogenerador.

LAS BOBINAS

La bobina es el elemento donde se genera la electricidad con cada paso de un imán sobre ella, que la satura de magnetismo. Una bobina es un anillo de alambre de bobinar cuyas vueltas las hacen de cierto diámetro. A más vueltas mayor diámetro. Nuestras bobinas tienen 60 vueltas de alambre AWG16.  El agujero central tiene el tamaño de un imán (Son bobinas de núcleo de aire). Como nuestros imanes son rectangulares también lo serán nuestras bobinas. El dibujo que sigue ilustra mejor lo que decimos. Tome buena nota de lo que es la entrada y la salida de una bobina.

Para fabricar las bobinas se empleará una herramienta sencilla que le permita bobinar nueve bobinas de sesenta vueltas rápidamente, cada una siguiendo más o menos la misma forma. En este capítulo le explicamos cómo puede fabricar uno. La salvedad es que si decide posteriormente fabrican otro generador con bobinas diferentes una pieza de este aparato no le sirve, pues sus medidas se adaptan a  este caso en especial.

Consiga un trozo de metal de aproximadamente 10 cm. de largo y suéldele en ángulo recto otro trozo de aproximadamente el mismo largo. Suelde otro tercer trozo de aproximadamente veinte centímetros de largo al extremo del segundo y también en ángulo recto. Al terminar tendrá una manivela.

Busque o fabrique un trozo de placa metálica de no más de media pulgada de espesor por 60 X 30 mm y suéldelo al extremo largo de su manivela. Perfórele dos agujeros de no más de media pulgada de diámetro distanciados a 20 mm del centro de la placa. 

Corte tres trozos de 15 mm de madera como los que se indican

Al alinear esta tres piezas como lo indica el diagrama tendrá un fabricador de bobinas cuadradas de

esquinas redondas. La pieza central de madera es la que le dará la forma deseada a sus bobinas y la que

deberá reemplazar si debe hacer otras bobinas de otros orificios centrales.

Las pestañas debajo de la bobinadora son para insertar cinta adhesiva que envolverán sus bobinas al retirarlas del molde.

Consiga los apoyos de su manivela y está Ud. listo para bobinar. Observe Como habrá de efectuar este proceso en el diagrama.

Vamos a  calcular el diámetro del círculo que requerirán nuestras bobinas. 60 vueltas de alambre son una masa de aproximadamente 20mm. por lado. Si a esto le sumamos 25 mm de longitud de la base del agujero tenemos una base no menor de 65mm por bobina. El espacio entre ellas es despreciable (Pueden tocarse por los vértices inferiores). El perímetro que 9 bobinas requieren es de 585mm y el diámetro entre sus bases es 186mm.

El cálculo del tamaño de un aerogenerador empieza por determinar el diámetro que tomarán las bobinas en el estator, ya que las bobinas tienen que caber en él y el diámetro que ellas toman en su base más el espesor de las vueltas de alambre, que hemos estimado en 20mm (Total, 206mm) establece el diámetro del rotor en la base de los imanes. Cada imán debe barrer el núcleo de cada bobina.

Como dijimos, a menos bobinas o a menos vueltas por bobinas, menores diámetros y aerogeneradores más pequeños. Lamentablemente el uso de imanes de poca potencia nos causa problemas de tamaño para compensar ese defecto en otros generadores. Este no es demasiado grande.

Las bobinas irán unidas en series de tres. Nos resultarán tres series con tres entradas y tres salidas ya que la salida de la primera bobina se unirá a la entrada de su segunda de su serie (Que NO es la segunda bobina) y la salida de esa segunda se unirá a la entrada de su tercera siendo la salida de esta la salida de la serie. Las series son: bobinas 1, 4 y 7; 2, 5 y 8, y 3, 6 y 9. Con esos colores las hemos identificado en el dibujo que sigue. Haga el cableado ajustado para que quede embutido dentro del estator.

EL ESTATOR

El estator se vacía sobre las bobinas. Se fabrica con resina y fibra de vidrio. Para vaciarlo hay que fabricar un molde siguiendo los contornos que indicamos en los dibujos.

En el dibujo se pueden apreciar las sombras de las bobinas y del chasis. Haga un molde de madera plana recortándolo cuidadosamente por las líneas punteadas. Lo importante de las medidas son: El disco central debe ser del diámetro de la rueda giratoria de la punta de eje (6"). Los tres agujeros de fijación están marcados con una equis grande. Los dos grupos de tres equis pequeñas son para pasar seis tornillos de bronce y fijar las tres entradas y las tres salidas de las bobinas.

Al colocar este molde sobre otra tabla de su mismo tamaño y fijar el disco central, coloque las bobinas en su sitio (Que habrá marcado muy cuidadosamente previamente en la tabla del fondo). Corte dos trozos de fibra de vidrio del tamaño del molde. Coloque uno en el fondo, debajo de las bobinas y otro sobre las bobinas. y vacíe sobre el conjunto la resina de que hablamos en "Materiales necesarios" debidamente mezclado con el catalizador.

Refiérase a nuestro artículo "Como Construir un alternador pequeño" donde se explica este proceso con todo lujo de detalles. Haga click aquí.

Consiga dos láminas de madera planas del tamaño apropiado. Una de ellas es la base del molde. Dibuje los contornos del molde en la superior y córtelos. Coloque el molde y las isla central sobre la base y la cavidad  resultante es su molde. Use aceite o grasa en los costados del molde al vaciar o incluso, déjele un pequeño bisel de manera que pueda retirar su estator con cierta facilidad sin tener que romper el molde.

El dibujo anterior le muestra la tabla superior de la que se ha cortado, primeramente el perímetro exterior del molde y más abajo al trozo sobrante se le ha recortado la isla central. En el siguiente dibujo se aprecia el proceso de armado del molde.

LA VELETA

La veleta se coloca con el fin de mantener el aerogenerador de cara al viento. Nuestra veleta es oscilante. Esto quiere decir que cuando el aerogenerador alcance velocidades inconvenientes ante ráfagas muy intensas de viento la veleta se elevará y liberará el aerogenerador, que buscará entonces ponerse de perfil al viento reduciendo su velocidad. Otra ráfaga, tarde o temprano, actuará sobre la veleta haciéndola caer en su estaje y obligando al aerogenerador a ponerse nuevamente de cara al viento. Vea nuestros dibujos y fotografías más abajo.

Las piezas de esta veleta son las primeras cuatro y las dos horizontales. Las primeras tres van unidas entre si como lo muestra el dibujo 6. La pieza 4 va unida a las dos horizontales tal como se muestra y en el extremo derecho de este se coloca la veleta. Fíjese que la pieza 4 se ha dibujado con dos veces, una con un estaje lateral, ya que está de perfil como las demás y luego son ese mismo estaje visto de frente. El estaje es del largo de la pieza donde ella entra, que es la que produce el ángulo vertical de la veleta (4”). Observe la cuarta fotografía.

Fíjese además que la veleta está en un ángulo de 45 grados con respecto al eje del aerogenerador, que ella misma está en un ángulo con respecto a la vertical y que puede ser retirada físicamente a mano de su sitio. No se preocupe, no va a salir volando y si se elevará.