COMO CONSTRUIR UN AEROGENERADOR DE 700 VATIO
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.
El Alternador
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.
El rotor
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.
Las pruebas
Este generador está
funcionando.
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.
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.
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.
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.
