Se ha escogido la turbina tipo Panemoma de eje vertical, por ser el modelo más sencillo de turbina para
aerogeneradores y por tanto el de mayor facilidad y economía de contrucción. Turbina que utilizaremos para
propulsar un generador especialmente diseñado para aerogeneradores.
También podemos utilizar motores de imán permanente como generadores. Aunque por
otra parte, tenemos la opción de construir nuestro procio generador integrado en
la turbina, más adelante trataremos este tema en esta misma página.
Aquí teneis una primera propuesta de construcción de una turbina eòlica, utilizando
material que podeis encontrar en cualquier ferretería. La idea consiste en utilizar
unos tableros de madera, unas escuadras y unos canalones de recogida de agua de
lluvia, que podeis sustituir por tubos de PVC cortados por la mitad.
Esta segunda propuesta, ya requiere algo de mecanizado. Aquí utilizaremos unas planchas
de metal de 2 a 4 mm de grosor y unos tubos cortados por la mitad.
La idea consiste en construir un rotor de 1/2 metro de diámetro y un estator
que hará llegar las dimensiones del aerogenerador a 1m de ancho por 1m de alto.
Como tercera propuesta teneis una trubina eolica pensada para ser construirda con
herramientas disponibles en la mayoría de ferreterías, como són un taladro, una
sierra circular que permita cortar metales y una corona para metales, que permita
realizar los agujeros en las plancha para los tubos que previamente habremos cortado
por la mitad.
La idea consiste en cortar los tubos de aluminio por la mitad con una sierra circular
para metales fijada en una mesa, y utlizar la misma sierra circular para metales,
( sin la mesa, pero con una guía, para segurar el corte recto ) para cortar las
planchas de aluminio, ( aunque en los primeros prototipos las podemos hace de madera
). Practicando un par de cortes en cada esquina, podemos convertir fácilmente una
plancha de aluminio cuadrada en un polígono de 12 lados.
Con la ayuda de unas coronos para metales, unas brocas y un talador, realizaremos
las perforaciones necesarias para los tubos, y los tornillos de sujeción de las
planchas al generador.
Las planchas se fijarán directamente en el cuerpo del generador, que en este caso,
es el modelo
1100 de Renewable Components. Como podeis ver, se colocarán, una en la parte de arriba
del generador y la otra en la parte de abajo.
El generador va fijado al mástil mediante el tubo inferior, por el que salen los
cables del bobinado, y que al mismo tiempo actua de eje de rotación para el tambor que contiene
los imanes permanetes.
La particularidad que tienen los motores de paso a paso, es que básicamente están construidos como generadores de imán permanente,
con dos bobinados con toma media desfasados 90º. Además de disponer de múltiples polos, lo que los hace ideales para utilizar en
un pequeño aerogenerador sin necesidad de una caja de engranajes multiplicadora
de velocidad, con las consiguientes pérdidas de rendimiento, ja que el rendimento
de estas cajas de engranajes, suele estar entre el 75 % y el 50 %.
Lógicamente, en el mercado, podemos encontrar motores de pasos de todos los precios, formas y tamaños, desde unos 20 hasta unos 300 Euros.
Es importante asegurarse de que sea del tipo imán permanente o híbrido, los de reluctancia
variable no sirven, ya que no disponen de rotor de imanes permanentes.
Aquí nos centraremos en los más pequeños y económicos, ya que si deseamos construir un aerogenerador de mayor potencia, será más económico adquirir
un generador diseñado para aerogeneradores, de los cuales podemos encontrar de 1 kW
por unos 250 Euros, de 2200 W por unos 500 Euros, y desde 1.9 kW por unos 650 Euros hasta
32 kW por unos 2200 Euros, aunque estos últimos están diseñados para trabajar a mayores revoluciones.
Por otra parte, como alternativa intermedia, también podemos utilizar motores de corriente
contínua sin escobillas, ( Brushless DC Motors ). Estos motores se pueden utilizar
directamente como generadores trifásicos, ya que cuentan con 3 bobinados,
que generalmente estrán conectador en triángulo. Estos motores sin escobillas, o
brushless, los podemos encontrar en potencias superiores a los motores de pasos,
y con la ventaje de carecer del par de mantenimiento, por lo que giran con mayor
facilidad, y por tanto nos proporcionarán un mejor rendimiento, que los motores
de pasos.
La ventaja de los motores de pasos y de los motores sin escobillas, es que són relativamente económicos y nos permite
experimentar con pequeñas potencias, equipos económicos y sobre la mesa nuestra
habitación. Por ejemplo, para estudiar el comportamiento de los generadores de imanes
permanentes a diferentes velocidades, podemos acoplar nuestro "generador" a un
pequeño motor de corriente continua que podemos accionar mediante unas pilas recargables
o mediante una simple fuente de alimentación. Esto también nos permitirá experimentar
con reguladores de tensión y de carga a diferentes
velocidades de rotación.
Selección del motor de pasos:
- Ángulo de Paso. Cuanto menor sea el ángulo de paso, más polos magnéticos y por tanto mayor será la frecuencencia de la tensión senoidal que proporcionará.
- Tensión Nominal. A mayor tensión de funcionamiento como motor, mayor tensión nos proporcionará en su salida funcionando como generador.
- Corriente Nominal. A mayor corriente nominal, mayor diámetro del hilo de cobre en su bobinado, y por tanto menos pérdidas en su resistencia interna.
- Par de Mantenimiento. El menor posible. A menor par de mantenimiento menor será
la fuerza necesaria para hacerlo girar.
Modificaciones. Para mejorar el rendimiento de nuestro aerogenerador, podemos cambiar el bobinado por uno que nos permita obtener las tensiones deseadas
para nuestras condiciones de trabajo. Pero antes deberíasmos estudiar su comportamiento sin modificar nada.
Un buen modo de familiarizarse con el funcionamiento como generador de electricidad
de un motor de pasos es mediante la construcción de una sencillo generador manual,
es decir, accionado mediante una manivela. Con esto podremos hacernos un idea de
las revoluciones por minuto que necesitamos para obtener la tensión de salida deseada
para nuestra aplicación y decidir el uso de una caja multiplicadora y de un convertidor
DC-DC para ajustar la tensión de salida de nuestro generador a la apliación a la
que va destinado.
Por ejemplo: Con un motor de pasos de 12'5 W y un ángulo de paso de 7'5º, al que
le he acoplado directamente al eje una manivela de un taladro manual, he obtenido
fácilmente 4'5 Voltios RMS, a una frecuencia de 40 Hz, en una de sus 4 bobinas.
Con lo podríamos obtener fácilmente unos 9 V en contínua con el correspondiente
rectificado y filtrado, de las tensiones de salidas de sus 4 fases, o 2x2, según
como se mire.
Si deseamos más tensión de salida, y por tanto más potencia, sólo tenemos que añadir
una caja multiplicadora de velocidad entre la manivela y nuestro generador, que
proporcione mayores revoluciones por minuto al generador.
Después de jugar un poco, ya tendremos una idea de las revoluciones por minuto que
necesitamos para obtener la tensión de salida deseada. Ahora, ya podemos empezar
a experimentar con diseños de turbinas eólicas, y buscar un modelo con las dimensiones
adecuadas que nos porporcione más o menos, las revoluciones por minuto que necesitamos
para nuestro generador.
En el momento de seleccionar un motor sin escobillas, o BLDCMotor, para nuestro
aerogenerador podemos determinar las características principales aproximadas del
funcionamiento como generador a partir de los características principales del funcionamiento
como motor que nos proporciona el fabricante. Es decir, si el fabricante del motor nos ofrece un motor de 24 V, 4000 rpms sin carga, podemos deducir, que funcionando como generador,
a 4000 rpms proporcionará algo menos de 24 V, unos 21 V aproximadamente.
Generador Eólico WM.
El tipo de aerogeneradores que más me gusta, són los más sencillos. Es decir, los de eje vertical, ya que este tipo de aerogenerador no necesita ningún sistema de
orientación. Y entre los de eje vertical mi preferido es el Generador WM, que podeis
ver en la página Generador Eólico WM.
Este nuevo aerogenerador de eje vertical, actualmente en desarrollo por un grupo
de técnicos españoles, proporciona un rendimiento superior a los actuales, tanto a los de eje vertical como a los de eje horizontal, además de poder operar con velocidades
de viento hasta ahora no aprovechables.
Básicamente, consiste en una serie de palas verticales giratorias que oponen máxima
resistencia al viento en el sentido de giro del rotor y mínima resistencia en el
otro sentido. Un diseño verdaderamente ingenioso y funcional.
Los aerogeneradores de eje vertical de última generación peden proporcionar un Coeficiente
de Potencia de 0,4 aproximadamente, muy inferior al que puede proporcionar un aerogenerador
WM, que está muy próximo al límite teórico, que es de 0,59.
El Generador Eólico WM puede funcionar a velocidades de viento inferiores a 5 m/s,
cuando los aerogeneradores clásicos no pueden hacerlo. También pueden funcionar
con velocidades de viento superiores a 25 m/s, cuando los aerogeneradores clásicos
tienen que frenarse por no poder soportar velocidades de viento tan elevadas. Esto
permite obtener mucha más energía del viento y en una mayor variedad de situaciones
ambientales.
Este nuevo generador también presenta la ventaja de no requerir de torre de sustenación,
por lo que podemos instalarlo directamente en el tejado de nuestra casa.
RaceCom.
The Franklin-Thomas Company, Inc. fabrican unos aerogeneradores de eje veritcal tipo panemona mediante
utilizando un procedimiento muy adecuado para turbina de radio reducido, con levitación magnética y
generador eléctrico integrado en la turbina.
Zephyr.
Otro aerogenerador de eje vertical con estator, denominador ZVWT ( Zephyr Vertical Wind Turbine ).
StatoEolian GSE.
Un aerogenerador de eje vertical con estator de una empresa Europea, GUAL Industrie.
TESNIC. The Wind Rose Blooming.
La empresa Canadiense TESNIC Inc. ha diseñado y patentado la
Turbina TESNIC, basándose en los mismos principios de la Turbina Tesla.
La Turbina TESNIC es de eje vertical, (VAWT, Vertical Axis Wind Turbine), y está constituida
por un rotor formado por más de 200 discos superpuestos y espacidos unos 2mm.
Alrededor del rotor tiene un estator, que se encarga de dirigir el flujo del viento
y neutralizar las turbulencias del rotor.
