Especial: Como hacer un aerogenerador (molino de viento o turbina eolica).

Siguiendo la línea de inventos de energías renovables, hoy os traigo otro especial, esta vez para hacer un aerogenerador. Como el anterior especial para hacer un panel solar, este también es del mismo autor, y nosotros nos hemos encargado de traducirlo.

Las características principales de esta turbina eólica pueden variar según el tipo de motor o generador que le instalemos, pero normalmente será de unos 12v de tensión eficiente. Disfrutad de este invento haciendolo tanto como yo traduciendolo para vosotros:

Después de muchas búsquedas de información por todo Internet, me dí cuenta que todos los diseños tenían cinco cosas en común:

1. Un generador.

2. Palas.

3. Sistema de orientación hacia el viento (Timón).

4. Una torre para elevar la turbina hacia dónde esté el viento.

5. Baterías y un sistema de control eléctrico.

Organizando un poco el tema, conseguí reducir el proyecto a tan sólo cinco sistemas, que atacando poco a poco y uno por uno, no resulta del todo complicado. Decidí comenzar con el generador. Observando los proyectos de otras personas por Internet, me dí cuenta que había gente que decidió hacerse su propio generador, otros que usaban la energía residente de motores de imán permanente, y otros, simplemente se buscaban un generador. Así que decidí ponerme a buscar.

Mucha gente usaban los motores de las unidades de cinta de ordenadores antiguos. Los mejores para esto, son los Ametek de 99 voltios en continua que funcionan muy bien como generadores. Por desgracia, son muy difíciles de encontrar, aunque siempre puedes probar con otros modelos parecidos de Ametek (En eBay, por ejemplo). Aquí hay un sitio (en inglés) que habla de los defectos y virtudes de los Ametek como generadores, muy completo la verdad.

Existen muchas otras marcas y modelos de motores de imán permanente que no sean los Ametek, pero puede que no trabajen igual de bien, ten en cuenta que los motores de imán permanente no fueron diseñados para ser generadores. Los motores normales, cuando se usan como generadores, tienen que ser impulsados mucho más rápido que su velocidad nominal de funcionamiento para alcanzar una producción parecida a la de su funcionamiento normal. Con estos datos, podemos sacar una conclusión, lo que estamos buscando, es un motor que de mucha tensión con pocas revoluciones. Alejarse de motores con muchas revoluciones y poca tensión, porque no servirá para nada. Lo que buscamos, más o menos, es un motor que nos de unos 12 v de tensión útil con unas revoluciones muy bajas (325 rpm). Cuando lo tengáis, para hacer la prueba, conectarlo a una bombilla de 12 v y darle un fuerte giro al motor con la mano, si de verdad nos funciona, la bombilla deberá encenderse como normalmente.

He conseguido unos motores Ametek que funcionan a 30 v en Ebay por sólo 26 $. Hoy día se están abaratando debido a que mucha gente los compra para hacerse sus propios molinos de viento.

Me puse a investigar un poco más para las palas. Vi que mucha gente talla sus propias palas en madera, pero eso es demasiado complicado, teniendo en cuenta que otras personas hacían sus palas con tubos de PVC con el mismo resultado. Aquí os dejo una web en la que podéis encontrar como hacer vuestras propias palas de PVC aerodinámicas.

Seguí más o menos la guía cambiando unas cuantas cosas. Usé una tubería ABS negra que venían ya precortadas. Usé la tubería de 6 pulgadas de diámetro en vez de 4 y 24 pulgadas de largo en vez de 19 5/8. La diferencia está en que pesará un poco más, pero las revoluciones serán mayores también a recoger más viento, y ganaremos un poco de energía.

Empecé marcando y cortando el tubo longitudinalmente en cuatro piezas iguales, corté una y la usé como guía para el resto, limando los bordes y pesándolas si es necesario para evitar descompensar el aparato. Finalmente, terminé con 4 palas, tres para usarlas y una de repuesto. Para mejorar la aerodinámica se pueden limar los bordes como cuchillas para que “corte” el viento y obtenga una menor resistencia.

El siguiente paso era unir las palas al motor, para lo que usé unos pernos. Por mi taller apareció una rueda dentada que encajaba a la perfección en el eje del motor, pero no tenía ni los agujeros necesarios, ni el diámetro para hacer la unión perfecta con las palas, así que le añadí un disco de aluminio de 5 pulgadas de diámetro y ¼ pulgada de grosor que valía perfectamente para la unión de las palas. La solución fácil de esto fue unir ambas piezas y dejarlas fijas completamente.

Esta es la perforación y grabación de las piezas.

Las piezas armadas, incluyendo las palas.

La otra parte del ensamble completo.

En uno de mis viajes a la ferretería, encontré esta tapa que viene perfecta para la punta de las aspas, evitando así la resistencia del aparato al viento y repartiendo más aire aún hacia las palas.

Actualización: Más adelante, en un día de muchísimo viento, se me partieron las aspas del aerogenerador, y opté por hacerle este cambio, perdía en longitud, pero ganaba en resistencia. Para no prescindir de ninguna, debéis hacerlo así desde el principio.

Lo siguiente era el montaje del esqueleto de la turbina, para hacerlo sencillo, opté por colocar el motor en un trozo de madera de 2 X 4 pulgadas agarrado con unas abrazaderas ajustables. También, para proteger un poco el motor, lo puse dentro de un tubo de PVC que tenía su diámetro justo. Le coloqué una cola para direccionar el esqueleto hacia el viento, la mía estaba hecha de aluminio rígido y tenía las dimensiones que están en la imagen, aunque eso no es algo que deba preocuparos.

Esta es otra vista del esqueleto de la turbina de viento.

El siguiente paso fue pensar en algún tipo de mecanismo que permitiera girar libremente a la turbina según la dirección en la que viniera el viento. Después de mucho pensar, me di cuenta que con una barra de metal de 1 pulgada de diámetro y 10 de largo introducida en un tubo de acero de 1 pulgada y 1/4 de diámetro, funcionaba a la perfección. Usaría por ambos lados los tubos de acero de 1 pulgada, y de cuerpo o torre, usaría el de 1 pulgada y 1/4. Para elegir la posición del tubo de acero, miré el esqueleto y calculé el centro de gravedad, tan simple como ver el sitio de la madera (la de 33 pulgadas) dónde se queda en equilibrio. Los cables del generador, pasarán por un agujero por el centro del tubo de sujeción.

Para la base de la torre, corté una base de 2 pies de diámetro de madera contrachapada. Le hice un montaje en forma de U con tuberías de 1 pulgada que es dónde iría el otro extremo del tubo o torre de 1 pulgada y ¼ de diámetro. Como la parte superior, es libre de girar para dónde quiera también, así se le da más movilidad por si en un momento dado se atasca la de arriba. También la U es movible en forma de bisagra para facilitar la subida y bajada de la turbina de viento. Entre la U y el tubo de 1 pulgada, añadí una T con un agujero para poder sacar por ahí el cable. Eso se muestra en una foto de abajo. También incluiré unos agujeros en la madera contrachapada para poner unos anclajes para el suelo.

Esta foto muestra la cabeza y la base juntos. Ahora te puedes hacer a la idea de como irá quedando, imagínate una tubería de 10 pies entre los extremos.

Después pinté todas las piezas de madera con una pintura protectora blanca. En esta foto se ve también un añadido en la cola, es un pedazo de plomo para contrapesar.

Aquí está todo el conjunto de la cabeza.

Después de tener listo toda la parte de mecánica, decidí ponerme con la electrónica. El sistema estaría compuesto por un sistema de una o varias baterías para almacenar la energía acumulada por el aerogenerador, un diodo de bloqueo para evitar el desperdicio de energía desde las baterías, una carga secundaria para tirar la energía que sobre cuando las baterías estén totalmente cargadas y un controlador de carga para manejarlo todo.

Decidí buscar por Google un poco de información de controladores de carga de aerogeneradores. Me resultó agradable encontrar sin problemas esquemas bastante sencillos, como este, que fue el que yo usé.

Como en esa web explica muy bien la creación de dicho circuito, yo sólo tocaré aspectos generales del mismo.

El principio básico del funcionamiento del controlador es controlar si la batería está cargada para enviar corriente desde la turbina hacia ellas o desviarla hacia una carga para no dañar las baterías. En el link está todo muy bien explicado.

Esta es una foto del controlador construido, está todo en un tablón de madera contrachapada para poder hacer pruebas y arreglar errores. Más tarde lo ensamblaré todo en una caja.

Se puede ver perfectamente la placa de circuito impreso dónde encontramos la electrónica compleja. Un soporte plateado con dos interruptores que permiten alternar entre las baterías y la carga.

El disipador negro de abajo a la izquierda tiene dos diodos de bloqueo de 40 A. Uso sólo uno de momento, pero podría usar el otro para otro aerogenerador o para añadir un panel solar, quién sabe. La doble hilera de rectángulos color dorado de la parte superior es la carga, compuesto por resistencias de alta potencia, a intervalos de 2 Ohm. Sirve para volcar la energía cuando las baterías están cargadas o para hacer pruebas con la turbina. El exceso de potencia de la turbina puede ser aprovechado para un calentador o incluir una segunda batería. Debajo a la izquierda de las resistencias, nos encontramos un fusible, el principal, junto con un relé cuadrado de color gris de 40 A, está sacado de un coche. Es el encargado de enviar la energía o a las baterías o a la carga. Por todo el lado derecho, se pueden ver, en color negro, todas las conexiones en un bloque de terminales.

Operando, la turbina de viento, está conectada a la controladora. Después pasa de la controladora a la batería. Todas las cargas son tomadas de las baterías. Si el voltaje de la batería baja de 11,9 v, el controlador cambia la turbina hacia las baterías. Si el voltaje de la batería se eleva a 14 v, el controlador cambia la turbina hacia la carga. Si te fijas, verás potenciometros para ajustar los voltajes de ambos estados. Elegí 11,9 v para cuando está descargada y 14 v para cuando está cargada debido al asesoramiento encontrado en diferentes sitios web sobre la carga óptima de baterías de plomo-ácido. Cuando el voltaje de la batería está entre 11,9 v y 14 v, el sistema se puede cambiar manualmente a cualquiera de los dos estados. Normalmente, el sistema es automático. Cuando se está utilizando la carga, el LED verde se enciende, cuando se está cargando la batería, es el amarillo el que se enciende. Esto permite tener un mínimo de información del sistema, también uso el polímetro tanto para medir el voltaje de la batería como el de la salida de la turbina. Más adelante añadiré unos medidores de tensión y lo meteré todo en una caja un poco más decente.

Utilicé una fuente de alimentación de voltaje variable para realizar las pruebas de los diferentes estados de la batería (el de 11,9 v y el de 14 v) y así poder ajustar los potenciómetros a mi gusto.

Actualización: Al final cambié el voltaje de derivación a la carga de 14 a 14,8 v, parece que va mejor para la carga de este tipo de baterías.

Actualización: Descubrí que existe un orden para conectar las cosas al controlador y no dañar nada. Una vez conecté la turbina y el panel solar antes que las baterías, y debido a las oscilaciones de tensión, el relé y los voltajes empezaron a hacer cosas raras debido a que no estaba la batería para estabilizar, también se puede dañar el circuito. Lo que se debe hacer siempre es conectar primero las baterías y luego el aerogenerador o el panel solar. Para desconectar es igual, primero se desconectan los sistemas (panel y turbina) y luego las baterías.

Actualización: Por último, os dejo aquí un esquema de mi controlador de carga (Aquí para verlo más grande). Hay pequeñas variaciones según el esquema de la web de antes. Sustituí algunas piezas que tenía a mano para no tener que comprarlas. Tu puedes hacer lo mismo, con los conocimientos suficientes, yo por ejemplo, los amplificadores MOSFET, no los he colocado iguales, al igual que las resistencias.

Hasta ahora ya tenemos todas las partes del proyecto completos, solo queda unirlos.

Cuando llegué a mi finca, lo primero que hice fue empezar con el refuerzo de la torre, coloqué la cabeza de la turbina en la tubería de 10 pies de largo y 1 pulgada ¼ de diámetro y la base en el final del mismo. A partir de aquí fue todo muy rápido. Utilicé cuerdas de nylon para sujetar el palo de 10 pies al suelo con estacas de madera y unos tensores en los extremos. Gracias a la bisagra de la base, pude bajar y subir la torre fácilmente. Cuando esté todo andando, las cuerdas de nylon y las estacas de madera se sustituyen por cables de acero y estacas de metal.

En esta foto se muestra de cerca la forma en la que amarré las cuerdas a la tubería de metal. Sencillo a la vez que eficaz.

Esta otra foto muestra la base de la torre, apoyada en el suelo, y con la salida del cable de la turbina por la sección en forma de T. El cable utilizado es un cable normal de instalaciones eléctricas, simplemente cortar y conectar turbina con controlador.

Esta foto muestra la cabeza de la turbina instalada en la parte superior de la torre. Engrasé todo el tubo de la parte inferior de la cabeza y se deslizo solo hasta el tope final.

Solo queda esperar a que sople el viento y empiece a producir.

La turbina funcionando a las mil maravillas, incluso con viento flojo.

Aquí todo el tinglado de controlador, batería y la electrónica de los cableados. Se puede ver también un inversor de 120 v conectado a la batería y a un polímetro para realizar el seguimiento de la tensión de la batería y de la salida de la turbina. Mi afeitadora eléctrica y el cargador de la batería están conectados al inversor funcionando a 120 v. Más tarde lancé también un cable a mi campamento.

En esta foto, toda la electrónica. El polímetro muestra una producción de 13,32 v, la carga la proporciona la afeitadora y las baterías a través del inversor.

Aquí el polímetro muestra una producción de 13,49 v. La tensión de la turbina sube un poco a la vez que la fuerza del viento, es debido a tener una carga. Cuando gira muy rápidamente y la tensión de la batería es excedida, el diodo se encarga del bloqueo. Cuando se supera el límite, de repente le entra la carga (resistencias) a la turbina. Una de las precauciones a tener en cuenta es tener cuidado con los cambios en la dirección del viento cuando se está trabajando con los cables, ya que podrías partirlos.

Me dí cuenta que toda la configuración del controlador era demasiado peligroso. Ordené un poco los cables y puse toda la electrónica encima de un pedazo de madera en la parte superior de una caja de plástico. Después coloqué un largo cable desde el inversor hasta mi campamento, así era más seguro.

Otra vista más de la configuración.

Aquí mi portátil funcionando gracias a la turbina.

¿Cuanto costó todo?, aquí tenéis una tabla.

No está mal. Teniendo en cuenta que las turbinas profesionales comparables a esta valen entre 750 y 1000 $.

Modificaciones y mejoras que me gustaría hacerle en el futuro:

- Montar los componentes electrónicos en una caja estanca.

- Añadir medidores para la tensión de la batería y la de la turbina.

- Añadir un tacómetro para saber lo rápido que está girando.

- Añadir más baterías.

- Añadir otra turbina de viento u otro panel solar para producir más energía.

- Obtener un inversor de mayor voltaje.

- Sistema de frenado de emergencia para cuando hayan vientos fuertes.

- Base de hormigón para la torre.

- Una torre más alta con cables y estacas de acero.

Terminé la reconstrucción del controlador. Ahora está en un recinto semiestanco y le he añadido un medidor de tensión. Consta con entradas para varias fuentes y diferentes salidas de cargas externas.

Estas son las entradas del controlador, dos entradas para paneles solares y una para el molino de viento. Esta configuración puede variar a cada gusto.

Esta foto muestra las salidas del controlador. Hay conexiones para las baterías, para la carga y para 3 salidas de 12 v.

Este es el interior del controlador, básicamente transferí todo lo que había en el tablero de madera hacia aquí. He añadido un medidor de voltaje y un fusible por cada salida.

Este es el esquema del nuevo controlador, es casi igual que el antiguo a excepción de los dos cambios que dije anteriormente. Pulsa aquí para ver la imagen más grande.

Este diagrama de bloque da una visión general de lo que es el montaje. Pulsa aquí para ver la imagen más grande.

Un gran tutorial que no podéis pasar de largo, si os ha gustado, compartidlo, así podremos seguir con tantos y tantos proyectos que tenemos en mente. Disfrutadlo!!!

Enlaces de interés:

- Preguntas frecuentes acerca del molino de viento (FAQ´s); Link.

- También te puede interesar; Como hacer un panel solar.

- Tutorial completo PDF en español creado por Como Hacer; Link.

- Tutorial del aerogenerador original en inglés; Link.

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