Aerogenerador en el patio trasero / Sudo Null IT News

Turbina de viento en el patio trasero

Un aerogenerador real es demasiado caro si se planea utilizarlo para tareas domésticas simples que no requieren alta potencia. Si todo lo que se necesita es un poco de energía para la iluminación LED o un proyecto basado en Raspberry Pi Zero, eso es de alguna manera fuera de proporción con el dinero bastante serio que incluso un pequeño molino de viento tendría que pagar. Lo mismo se aplica a los experimentos escolares, cuyo tiempo y dinero gastados en la organización de los cuales generalmente se intenta minimizar. Las escuelas a menudo tienen pocos fondos.

En este artículo hablaremos de cómo crear tu propio aerogenerador pequeño. Lo fabricaremos con piezas de bicicleta y con lo que puedas comprar en una ferretería. El costo del proyecto está en algún lugar en la región de $ 80-150. Tomará de 8 a 16 horas crear un generador. Con un viento ligeramente más fuerte que el “viento ligero” en la escala de Beaufort, nuestro generador es capaz de producir alrededor de 1 vatio de potencia. Esto es suficiente para cargar una pequeña batería, lo que significa que tendremos energía incluso en climas tranquilos.

Generador de viento doméstico

La pequeña turbina eólica descrita aquí es, de hecho, un proyecto experimental, en el curso del cual puede aprender los conceptos básicos de la energía eólica. Esta turbina no puede llamarse una fuente de energía absolutamente confiable. ¡No esperes milagros de ella! Además, ten en cuenta que los vientos fuertes son peligrosos para nuestra turbina. Esta máquina no está diseñada para funcionar normalmente con este viento. Lo más probable es que lo destruya. Por lo tanto, la turbina debe retirarse con mal tiempo. En particular, se debe tener en cuenta el hecho de que sus fragmentos, llevados por el viento, pueden herir a alguien.

A diferencia de las típicas turbinas comerciales de eje horizontal con tres palas montadas en un eje horizontal, nuestro proyecto utiliza un eje de rotor vertical. Esto elimina la necesidad de un mecanismo que tenga en cuenta la dirección del viento y simplifica enormemente el diseño de la turbina. Nuestro generador es esencialmente una rueda de bicicleta montada en un soporte vertical que está conectado a un generador eléctrico. Las palas del rotor usan ocho “medias tuberías” cortadas de tuberías de alcantarillado de plástico barato (PVC) y unidas a la llanta de la rueda.

La turbina comienza a girar cuando el viento alcanza una fuerza de aproximadamente 2 puntos (unos 6 km/h) en la escala de Beaufort (ver tabla a continuación). Si la velocidad del viento alcanza el 5 en la escala de Beaufort (unos 30 km/h), la turbina proporciona aproximadamente 1 vatio de potencia (según nuestras mediciones, 147 mAh a 6,7 ​​V).

Escala de Beaufort (basada en materiales Р’РёРєРёРμРμРμРёРёРёРёРё)

La escala de la fuerza del viento (velocidad) que se usa hoy en día fue desarrollada en el siglo XVIII por el marinero británico Sir Francis Beaufort (18 – 1774). Pero no puede ser llamado el primero que hizo esfuerzos para crear tal escala. La escala de Beaufort fue precedida por otros trabajos, en particular, caracterizando la fuerza del viento por su efecto sobre las palas de los molinos de viento (ingeniero John Smeaton, 1857). El geógrafo e hidrógrafo británico Alexander Dalrymple (1759-1737) trabajó en la misma dirección. Incluso escalas anteriores de la fuerza del viento fueron creadas por el astrónomo Tycho Brahe (1808), el naturalista Robert Hooke (1582) y Daniel Defoe (1663), comerciante, rebelde, espía y autor de Robinson Crusoe. En 1704, Francis Beaufort fue nombrado Hidrógrafo del Almirantazgo Británico y pasó su escala a cualquiera que la necesitara. Desde entonces, la escala de Beaufort se ha convertido en el instrumento estándar para medir la fuerza del viento.

Materiales y herramientas

• Rueda de bicicleta delantera de 28″ y generador eléctrico. Compré un generador nuevo en eBay por 40 €, pero los generadores usados ​​son comunes en Europa. En los EE. UU., puede encontrar uno en eBay, o puede comprar un dínamo de buje Shimano barato e instalarlo en una rueda vieja.
• 2 tubos de PVC de 4 pulgadas (diámetro nominal del tubo – 110 mm) de 2 metros de largo. Usé tuberías de paredes delgadas, pero lo que serán exactamente no juega un papel especial.
• 16 tornillos de fijación con tuercas y arandelas grandes. La longitud y el diámetro de los tornillos dependen de las características de la llanta.
• Tubo de plomería de acero galvanizado de 1 1/2″ con rosca en ambos extremos. Su longitud (la altura del mástil del molino de viento) se selecciona de forma independiente y depende de las condiciones en las que tendrá que trabajar el generador.
• Racor de acero para tubería de agua de 1 1/2″. Tapa final (es absolutamente necesario) y una T (opcional).
• Un convertidor DC-DC buck-boost como el Mesa #DSN6009 4A.Recomiendo un convertidor de 30W.
• 2 condensadores electrolíticos, 2200uF, mínimo 12V.
• Puente rectificador. El mínimo es de 500 mA.
• Diodo 1N4007.
• Tubo termorretráctil o cinta aislante.
• Cables de acero y tornillos en bucle (opcional). Todo esto puede ser necesario para arreglar el mástil.
• Una bolsa de cemento (opcional). Puede ser necesario para montar el mástil.

• Sierra para metales o sierra de calar para cortar tubos delgados de PVC.
• Taladro con brocas para plástico y metal.
• Destornillador y/o llave inglesa y un juego de puntas adecuado para los tornillos, tuercas, pernos utilizados.
• Soldador y soldadura.

Hacer un generador de viento a partir de una rueda de bicicleta.

Vamos a empezar a trabajar en el generador de viento. Utilizaremos un mástil hecho de una tubería de agua de acero, posiblemente anclado al suelo con hormigón. Al decidir sobre la altura del mástil y cómo se fijará, vale la pena consultar las leyes locales. Según las condiciones de funcionamiento del generador, puede ser necesario asegurar el mástil con cables de sujeción.

▍1. Corte de álabes de turbina

Utilizamos tuberías de alcantarillado de PVC de pared delgada (Fig. A). En Alemania, donde vivo, estas tuberías están pintadas de naranja; en América del Norte, estas tuberías suelen ser blancas.

Nosotros, con una sierra, podemos cortar 4 cuchillas de un tubo de 8 m (Fig. B). Necesitamos XNUMX cuchillas. Trate de cortar los tubos exactamente en el centro. Lo ideal es que todas las palas tengan el mismo peso.

▍2. Fijación de las palas al generador

Como generador, usamos una rueda de bicicleta (llanta) con un generador adjunto (Fig. C). Las ruedas con borde de aluminio funcionan mejor ya que son más fáciles de perforar. Si tomaste una rueda de una bicicleta vieja, no olvides quitarle el neumático, la cámara y los discos de freno.

Fije las cuchillas a la rueda como se muestra en la Fig. D usando 2 tornillos, tuercas y arandelas grandes. Las hojas deben estar espaciadas uniformemente alrededor del borde (quizás contar la cantidad de radios entre las hojas te ayudará con esto) y alineadas con el centro del borde.

▍3. Montaje de mástil

Haremos el mástil a partir de una tubería de agua de acero galvanizado con roscas en ambos extremos. Perfore un orificio de 9 mm en la tapa del extremo (Fig. E) y atornille la rueda a la tapa del extremo, pasando el eje roscado del alternador a través de este orificio (Fig. F a continuación). Después de que el mástil esté bien sujeto (!), puede atornillarle la tapa.

En lo que respecta a la instalación confiable del mástil, puede ser útil una T atornillada a la parte de la tubería que se fijará en el suelo y se rellenará con hormigón. La T le permitirá fijar de forma segura el mástil en hormigón. En este caso, el peso del hormigón debe ser lo suficientemente grande para soportar y fijar el mástil. Toda la estructura debe estar bien sujeta. Como resultado, si se espera una tormenta, simplemente puede desenroscar la parte inferior del mástil de la base de hormigón y llevar la turbina a un lugar seguro.

No subestimes la fuerza con la que el viento afecta a los objetos circundantes. ¡Esta fuerza aumenta en proporción al cubo (tercera potencia) de la velocidad del viento! Por lo tanto, si es necesario, fije el mástil con cables de sujeción.

▍4. Montaje de componentes electrónicos

Nuestro parque eólico está diseñado para cargar una batería de plomo-ácido utilizando una corriente generada por una dinamo. El generador de energía que usamos genera corriente alterna, que convertimos en corriente continua pulsada usando un puente rectificador. Esta corriente, para su suavizado, se transmite a dos capacitores electrolíticos con una capacidad de 2200 microfaradios.

La corriente continua suavizada luego se alimenta a un convertidor reductor-elevador (alrededor de $ 10 en eBay) que actúa como un regulador de carga de la batería. Convierte un voltaje de entrada que oscila entre 1,25 V y 30 V en un voltaje de CC específico. Estableceremos la salida del convertidor a 0,7 voltios por encima del voltaje de carga final de la batería (para compensar el voltaje directo del diodo). Se necesita el diodo 1N4007 para evitar el flujo de corriente inversa de la batería al convertidor.

Por ejemplo, una batería de plomo-ácido de 6 V tiene un voltaje de carga de 7,2 V. Dada la necesidad de agregar un voltaje directo de diodo de 0,7 V, el convertidor debe configurarse para generar 7,9 V.

Una carga eléctrica (puede ser cualquier cosa, como un LED) se conectará a las salidas de la batería. Tenga en cuenta que esta carga debe soportar el voltaje de salida establecido en el convertidor. Es posible que el alternador solo pueda entregar una pequeña corriente, mientras que la batería puede entregar varios amperios. Las consecuencias de un cortocircuito pueden ser muy tristes (puede ocurrir un incendio). Para evitar accidentes, independientemente de lo que conecte al aerogenerador, debe tomar las medidas de seguridad adecuadas.

¡Advertencia de tormenta!

Después de ensamblar los componentes electrónicos del generador, ¡todo está listo para convertir la energía eólica en electricidad! Ahora se te revelan las posibilidades del propietario de un aerogenerador.

Nuestro generador, sin embargo, es solo un dispositivo experimental, una demostración práctica y económica de los principios de las turbinas eólicas, que se puede usar, por ejemplo, en las escuelas. Esta turbina no está diseñada para operar con vientos fuertes. Cuando la turbina no está en uso, o si la fuerza del viento supera el 6 en la escala de Beaufort, se debe desmontar toda la estructura y ocultarla en algún lugar.

Una rueda de bicicleta y palas tubulares no están diseñadas para un uso continuo, especialmente con vientos fuertes. Puede reforzar la estructura usted mismo si desea que el generador de viento funcione de manera continua. (Es cierto, debo decir que mi diseño resultó ser más fuerte de lo que esperaba. Lo dejé en el jardín y funcionó allí en cualquier clima, hasta que uno de los cables de sujeción falló. Luego, el mástil se derrumbó y una de las palas se rompió. turbinas.)

Si te interesa el tema de los aerogeneradores, puedes echar un vistazo a este material y ver este vídeo. Consulte este sitio dedicado al generador Chispito. Aquí y aquí hay un par de recursos más útiles.

Cómo hacer un generador de viento con tus propias manos.

¡El viento es energía gratis! Así que vamos a usarlo para fines personales. Si la creación de un parque eólico a escala industrial es muy costosa, porque además del generador es necesario realizar una serie de estudios y cálculos, el estado no corre con tales gastos, y por alguna razón los inversionistas en los países de la antigua URSS no son de particular interés. Luego, en privado, puede hacer un mini molino de viento para sus propias necesidades. Debe entenderse que el proyecto de convertir su hogar a energía alternativa es una empresa muy costosa.

Como ya se mencionó: debe realizar observaciones y cálculos a largo plazo para elegir la proporción óptima de los tamaños de la rueda de viento y el generador, adecuada para su clima, rosa de los vientos y velocidad media anual del viento.

La eficiencia de una planta de energía eólica dentro de una misma región puede diferir significativamente, esto se debe a que el movimiento del viento depende no solo de la zona climática, sino también del terreno.

Sin embargo, puedes averiguar qué es la energía eólica a un coste mínimo montando una instalación económica para alimentar una carga de bajo consumo, como un smartphone, bombillas o una radio. Con el enfoque correcto, puede proporcionar electricidad a una casa pequeña o una cabaña de verano.

Veamos cómo puedes hacer la turbina eólica más simple con tus propias manos.

Contenido del artículo

Molinos de viento de baja potencia de medios improvisados.

Un enfriador de computadora es un motor sin escobillas, que en su forma original no tiene ningún valor práctico.

Necesita ser rebobinado, ya que en el original los devanados están conectados de forma inapropiada. Bobinado de bobinas alternativamente:

Agujas del reloj;

En sentido anti-horario;

Agujas del reloj;

En sentido anti-horario.

Debe conectar bobinas adyacentes en serie, o mejor aún, enrollarlo con una pieza de alambre, moviéndose de una ranura a otra. En este caso, elija arbitrariamente el grosor del cable, sería mejor enrollar tantas vueltas como sea posible, y esto es posible cuando se usa el cable más delgado.

El voltaje de salida de dicho generador será variable, y su valor dependerá de la velocidad (velocidad del viento), instale un puente de diodos de diodos Schottky para enderezarlo a una constante, los diodos ordinarios servirán, pero será peor, porque . el voltaje caerá de 1 a 2 voltios.

Digresión lírica, un poco de teoría

Recuerde que el valor de la EMF es:

donde L es la longitud del conductor colocado en un campo magnético; V es la velocidad de rotación del campo magnético;

Al actualizar el generador, solo puede influir en la longitud del conductor, es decir, la cantidad de vueltas de cada una de las bobinas. El número de vueltas determina el voltaje de salida y el grosor del cable, la carga de corriente máxima.

En la práctica, es imposible influir en la velocidad del viento. Sin embargo, también hay una salida a esta situación, si conoce la velocidad del viento típica de su área, puede diseñar un tornillo adecuado para un aerogenerador, así como una caja de cambios o transmisión por correa, para proporcionar la velocidad suficiente para generar el voltaje requerido.

IMPORTANTE: Más rápido no significa mejor. Si la velocidad de rotación del generador eólico es demasiado alta, su recurso se reducirá, las propiedades lubricantes de los bujes o cojinetes del rotor se deteriorarán y se atascarán, y lo más probable es que se produzca la ruptura del aislamiento del devanado en el generador.

El generador consta de:

Diseños industriales de aerogeneradores:

Aumentamos la potencia del generador desde un enfriador de computadora.

En primer lugar, cuantas más aspas y más diámetro de rueda, mejor, así que eche un vistazo más de cerca a los enfriadores de 120 mm.

En segundo lugar, ya hemos dicho que el voltaje también depende del campo magnético, el hecho es que los generadores industriales de alta potencia tienen devanados de excitación y los de baja potencia tienen imanes fuertes. Los imanes en el enfriador son extremadamente débiles y no le permiten obtener buenos resultados del generador, y el espacio entre el rotor y el estator es muy grande, alrededor de 1 mm, y esto es con imanes ya débiles.

La solución a este problema es cambiar radicalmente el diseño del generador. Más bien, solo se requiere un impulsor del enfriador; un motor de una impresora o cualquier otro electrodoméstico puede usarse como generador. Los más comunes son los motores de escobillas con excitación de imanes permanentes.

Como resultado, se verá así.

La potencia de dicho generador es suficiente para alimentar los LED, la radio. No será suficiente recargar el teléfono, el teléfono mostrará el proceso de carga, pero la corriente será extremadamente pequeña, hasta 100 amperios, con un viento de 5 a 10 metros por segundo.

Motores paso a paso como generador de viento

Un motor paso a paso se encuentra muy a menudo en computadoras y electrodomésticos, en varios reproductores, unidades de disquete (los modelos antiguos de 5.25 “son interesantes), impresoras (especialmente matriz de puntos), escáneres, etc.

Estos motores sin alteraciones pueden funcionar como generador, son un rotor con imanes permanentes, y un estator con devanados, en la figura se muestra un diagrama de conexión típico de un motor paso a paso en modo generador.

El circuito cuenta con un estabilizador lineal de 5 voltios, tipo L7805, que te permitirá conectar de forma segura teléfonos móviles a dicho molino de viento para cargarlos.

La foto muestra un generador de un motor paso a paso con cuchillas instaladas.

El motor en un caso particular con 4 cables de salida, el diagrama es acorde para ello. Un motor de tales dimensiones en modo generador produce aproximadamente 2 W en viento flojo (velocidad del viento de unos 3 m/s) y 5 m/s en fuerte (hasta 10 m/s).

Por cierto, aquí hay un circuito similar con un diodo zener, en lugar de L7805. Le permite cargar baterías de iones de litio.

Refinamiento de un molino de viento casero.

Para que el generador funcione de manera más eficiente, debe hacer un vástago guía y fijarlo de forma móvil en el mástil. Entonces, cuando cambie la dirección del viento, cambiará la dirección del aerogenerador. Entonces surge el siguiente problema: el cable que va del generador al consumidor se enrollará alrededor del mástil. Para resolver esto, debe proporcionar un contacto móvil. Una solución preparada se vende en Ebay y Aliexpress.

Los tres cables inferiores están inmóviles bajando, y el haz de cables superior es móvil, se instala un contacto deslizante o un mecanismo de cepillo en el interior. Si no tiene la oportunidad de comprar, sea inteligente e inspírese en la decisión de los diseñadores del automóvil Zhiguli, es decir, la implementación del contacto móvil del botón de señal en el volante, y haga algo similar. O use la almohadilla de contacto del hervidor eléctrico.

Al conectar los conectores, obtienes un contacto móvil.

Potente generador de viento de medios improvisados.

Para obtener más potencia, puede utilizar dos opciones:

1. Generador de un destornillador (10-50 W);

2. Generador de viento de un generador de automóvil.

Solo necesitas un motor de un destornillador, la opción es similar a la anterior, puedes usar las aspas del ventilador como un tornillo, esto aumentará la potencia final de tu instalación.

Aquí hay un ejemplo de tal proyecto:

Preste atención a cómo se implementa aquí una sobremarcha de engranajes: el eje del generador de viento está ubicado en una tubería, en su extremo hay un engranaje que transmite la rotación a un engranaje más pequeño montado en el eje del motor. También se produce un aumento en la velocidad del motor en las turbinas eólicas industriales. Los reductores se utilizan en todas partes.

Sin embargo, en un entorno casero, fabricar una caja de cambios se convierte en un gran problema. Puede quitar la caja de engranajes de la herramienta eléctrica, se necesita allí para reducir la alta velocidad en el eje del motor colector a la velocidad normal del mandril en el taladro o el disco de la amoladora:

El taladro tiene una caja de cambios planetaria;

Se instala una caja de cambios angular en la amoladora angular (será útil para la instalación de algunas instalaciones y reducirá la carga de la cola de la turbina eólica);

Caja de cambios de un taladro manual.

Esta versión de un aerogenerador casero ya puede cargar baterías de 12 V, pero se necesita un convertidor para generar la corriente y el voltaje de carga. Esta tarea se puede simplificar mediante el uso de un generador de automóviles.

Generador de viento de un generador de automóvil.

El generador de automóvil consta de un estator con un devanado trifásico y un rotor con un conjunto de escobillas y una bobina de excitación. Dicho generador está conectado a la carga a través de un puente de diodos ensamblado de acuerdo con el esquema de Larionov, generalmente se encuentra en la cubierta posterior del generador.

La ventaja de un generador de este tipo es la capacidad de usarlo para cargar baterías de automóviles; en principio, para eso está diseñado. Los autogeneradores tienen un relé regulador de voltaje incorporado, lo que elimina la necesidad de comprar estabilizadores o convertidores adicionales.

Sin embargo, los automovilistas saben que en ralentí bajo, aproximadamente 500-1000 rpm, la potencia de dicho generador es pequeña y no proporciona la corriente adecuada para cargar la batería. Esto lleva a la necesidad de conectarse a la rueda de viento a través de una caja de cambios o transmisión por correa.

Puede ajustar el número de revoluciones a velocidades de viento que son normales para sus latitudes seleccionando una relación de transmisión o usando una rueda de viento diseñada adecuadamente.

Consejos útiles

Quizás el diseño de mástil de molino de viento más conveniente para la repetición se muestra en la imagen. Dicho mástil se estira sobre cables fijados a soportes en el suelo, lo que garantiza la estabilidad.

Importante: La altura del mástil debe ser lo más alta posible, aproximadamente 10 metros. En altitudes más altas, el viento es más fuerte porque no hay obstáculos en forma de estructuras de suelo, colinas y árboles. Nunca instale un generador de viento en el techo de su casa. Las vibraciones resonantes de las estructuras de fijación pueden provocar la destrucción de sus paredes.

Cuide la confiabilidad del mástil portador, porque el diseño de un molino de viento basado en un generador de este tipo es mucho más pesado y ya es una solución bastante seria que puede proporcionar suministro de energía autónomo a una casa de verano con un conjunto mínimo de electrodomésticos. Los dispositivos que funcionan con 220 voltios pueden ser alimentados por un inversor de 12-220 V. La versión más común de dicho inversor es una fuente de alimentación ininterrumpida para una PC.

Es mejor usar generadores diesel, incl. camiones, porque están diseñados para trabajar a bajas velocidades. En promedio, el motor diesel de un camión grande funciona entre 300 y 3500 rpm.

Los generadores modernos producen 12 o 24 voltios, y una corriente de 100 amperios se ha vuelto normal desde hace mucho tiempo. Después de realizar cálculos simples, puede determinar que dicho generador le dará un máximo de hasta 1 kW de potencia, y un generador de un Zhiguli (12 V 40-60 A) 350-500 W, que ya es bastante figura decente.

¿Qué debería ser una rueda de viento para una turbina eólica casera?

Mencioné en el texto que la rueda de viento debe ser grande y con una gran cantidad de palas, de hecho no es así. Esta afirmación era cierta para aquellos microgeneradores que no pretenden ser máquinas eléctricas serias, sino especímenes de familiarización y ocio.

De hecho, el diseño, cálculo y creación de un aerogenerador es una tarea muy difícil. La energía eólica se utilizará de manera más racional si se hace con mucha precisión y se muestra idealmente el perfil de “aviación”, mientras que debe instalarse con un ángulo mínimo con respecto al plano de rotación de la rueda.

La potencia real de las ruedas de viento con el mismo diámetro y diferente número de palas es la misma, la diferencia está solo en la velocidad de su rotación. Cuanto más pequeñas son las alas, más revoluciones por minuto, con el mismo viento y diámetro. Si va a lograr las máximas RPM, debe montar las alas con la mayor precisión posible con un ángulo mínimo con respecto al plano de su rotación.

Echa un vistazo a la tabla del libro de 1956 “Granja eólica casera” ed. DOSAAF Moscú. Muestra la relación entre el diámetro de la rueda, la potencia y las rpm.

En casa, estos cálculos teóricos son de poca utilidad, los aficionados hacen ruedas de viento con medios improvisados, usan:

Tuberías de plástico para alcantarillado.

Puede ensamblar una rueda de viento de 2-4 palas de alta velocidad con sus propias manos a partir de tuberías de alcantarillado, además de ellas, necesita una sierra para metales o cualquier otra herramienta de corte. El uso de estas tuberías se debe a su forma, después del corte tienen una forma cóncava, lo que garantiza una alta capacidad de respuesta a los flujos de aire.

Después del recorte, se fijan con PERNOS en una pieza en blanco de metal, textolita o madera contrachapada. Si lo va a hacer con madera contrachapada, es mejor pegar y torcer varias capas de madera contrachapada en ambos lados con tornillos, entonces podrá lograr la rigidez.

Aquí hay una idea para un impulsor de una pieza de dos palas para un generador de motor paso a paso.

Hallazgos

Puede hacer una planta de energía eólica que va desde baja potencia – unidades de vatios, para alimentar lámparas LED individuales, balizas y equipos pequeños, hasta buenos valores de potencia en unidades de kilovatios, almacenar energía en una batería, usarla en su forma original o convertir hasta 220 voltios. El costo de tal proyecto dependerá de tus necesidades, quizás el elemento más costoso sea el mástil y las baterías, puede estar en el rango de 300-500 dólares.

El desarrollo profesional comienza aquí: Telegram Channel Home Electrician