De qué hacer aspas de molino de viento. Palas de PVC de bricolaje para una turbina eólica. hojas de tubo de PVC
Para facilitar el cálculo de láminas de tuberías de PVC, se ha creado un maravilloso programa en formato Excel. Este programa fue creado específicamente para calcular las láminas de tuberías de alcantarillado comunes, que a menudo se utilizan para este propósito debido a su disponibilidad y bajo costo. El programa fue tomado del foro windpower-russia.ru; al momento de escribir este artículo, esta es la última versión del programa, también hay versiones anteriores allí.
Descargar - Cálculo de palas de aerogenerador
El programa contiene todos los datos y características de la futura hélice. En los campos amarillos deberás introducir tus datos, como el diámetro de la hélice, el número de palas, la velocidad requerida, la velocidad estimada del viento, etc. Como resultado, en las celdas verdes de la tabla se calcularán todos los indicadores de la futura hélice, como par de arranque, revoluciones, potencia en vatios, par, KIEV y otros. Creo que los propietarios de computadoras con Windows están familiarizados con Excel y pueden descifrarlo fácilmente, y los propietarios de dispositivos Android pueden descargar una aplicación para trabajar con Excel del mercado, por ejemplo Kingsoft Offoce, y utilizar la suite ofimática incorporada. A continuación se muestra una captura de pantalla.La hoja en sí se calcula ingresando datos en celdas amarillas con números rojos. Se introducen las dimensiones de la punta de la pala, delantera y trasera, así como la central, y en un radio de 0,2R. Desde la raíz hasta 0.2R hay campos amarillos que se pueden ajustar manualmente a la forma de la hoja resultante. A continuación se muestra una captura de pantalla de cómo ingresar las coordenadas delantera y trasera de la hoja.
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Así es como funciona el programa. Primero, ingrese el diámetro de la tubería, el peso de la tubería, el diámetro de la futura hélice, la velocidad y la velocidad del viento deseada y el número de palas. Y luego debajo cambias la parte delantera y trasera de la pala, mirando el KIEV, la potencia y la velocidad. En general, ajustas el tornillo a tu generador. Como resultado, a continuación tendrá coordenadas listas para aplicar a la tubería. A continuación se muestra una captura de pantalla de todos los datos de la hoja en una forma conveniente; puede verla yendo a la pestaña "geometría de la hoja" en la tabla.
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Las cuchillas se cortan de la tubería de esta manera, se dibuja una línea recta a lo largo de la tubería, para no equivocarse, puede dibujar litio de acuerdo con la inscripción a lo largo de la tubería. O coloque la tubería verticalmente según el nivel del edificio y utilícela para dibujar una línea vertical. A continuación, en esta línea, haga marcas para el radio de la hoja, 20 puntos. Y luego las coordenadas de la parte delantera de la hoja y la parte trasera. La parte delantera es la parte de la pala con la que gira hacia adelante, y la trasera es la parte trasera. Bueno, luego conecta los puntos y corta el espacio en blanco de la tubería. Puedes cortarlo manualmente con una hoja de metal, o con una sierra de calar, y algunos incluso logran cortarlo con una amoladora.
Después solo queda procesar los espacios en blanco recortados, redondear los bordes de la parte delantera de la hoja y afilar la parte trasera. Esto debe hacerse, ya que el programa lo calcula teniendo en cuenta el borde posterior afilado de las cuchillas, y se puede afilar con una amoladora sobre muela o con una esmeril. A continuación se muestra una imagen de cómo procesar los bordes de la hoja.
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Al ajustar el tornillo al generador, preste especial atención a la velocidad. Está claro que las hélices de tres palas con alta velocidad Z5-6 tienen alta velocidad, pero hasta que alcanzan esta velocidad no giran, la potencia es muy pequeña. Y si el generador se carga demasiado pronto, no permitirá que la hélice gire y habrá una gran falta de energía. Aquí es necesario correlacionar al máximo la potencia del generador y la hélice para que sus potencias coincidan a lo largo de todas las revoluciones, entonces la eficiencia de todo el sistema será máxima. Lo mismo se aplica a las hélices de múltiples palas, generalmente tienen un par de arranque más alto, lo cual es bueno para los generadores con un agarre significativo, arrancarán bien, pero la velocidad es baja debido a la velocidad del Z3-4, por lo que el aumento en La velocidad no es tan grande y requiere un generador de velocidad más lento.
El uso de fuentes de energía alternativas es una de las principales tendencias de nuestro tiempo. La energía eólica limpia y asequible se puede convertir en electricidad incluso en su hogar construyendo una turbina eólica y conectándola a un generador.
Puede construir palas para un generador eólico con sus propias manos a partir de materiales comunes, sin utilizar equipo especial. Te diremos qué forma de pala es más eficiente y te ayudaremos a elegir el dibujo adecuado para una planta eólica.
Un generador eólico es un dispositivo que permite convertir la energía eólica en electricidad.
El principio de su funcionamiento es que el viento hace girar las palas, pone en movimiento el eje, a través del cual se suministra la rotación al generador a través de una caja de cambios, lo que aumenta la velocidad.
El funcionamiento de una central eólica se evalúa mediante el KIEV (factor de utilización de la energía eólica). Cuando una rueda de viento gira rápidamente, interactúa con más viento, lo que significa que le quita más energía.
Hay dos tipos principales de generadores eólicos:
- horizontal.
Los modelos orientados verticalmente se construyen de modo que el eje de la hélice sea perpendicular al suelo. Por tanto, cualquier movimiento de masas de aire, independientemente de su dirección, pone en movimiento la estructura.
Esta versatilidad es una ventaja de este tipo de aerogeneradores, pero son inferiores a los modelos horizontales en términos de productividad y eficiencia operativa.
Un generador de viento horizontal se parece a una veleta. Para que las palas giren, la estructura debe girarse en la dirección deseada, dependiendo de la dirección del movimiento del aire.
Para monitorear y capturar los cambios en la dirección del viento, se instalan dispositivos especiales. La eficiencia con esta disposición de tornillos es significativamente mayor que con una orientación vertical. Para uso doméstico, es más racional utilizar generadores eólicos de este tipo.
¿Qué forma de hoja es óptima?
Uno de los elementos principales de un aerogenerador es un conjunto de palas.
Hay una serie de factores asociados con estas piezas que afectan la eficiencia del molino de viento:
- tamaño;
- forma;
- material;
- cantidad.
Si decides diseñar palas para un molino de viento casero, debes tener en cuenta todos estos parámetros. Algunos creen que cuantas más alas tenga la hélice de un generador, más energía eólica se podrá producir. En otras palabras, cuanto más, mejor.
Sin embargo, éste no es el caso. Cada pieza individual se mueve contra la resistencia del aire. Por tanto, un gran número de palas en una hélice requiere más fuerza del viento para completar una revolución.
Además, demasiadas alas anchas pueden provocar la formación del llamado “casquete de aire” delante de la hélice, cuando el flujo de aire no pasa a través del molino de viento, sino que lo rodea.
La forma importa mucho. La velocidad de la hélice depende de ello. Un flujo deficiente provoca la formación de vórtices que ralentizan la rueda de viento
El más eficiente es un generador eólico de una sola pala. Pero construirlo y equilibrarlo con tus propias manos es muy difícil. El diseño resulta poco fiable, aunque con una alta eficiencia. Según la experiencia de muchos usuarios y fabricantes de aerogeneradores, el modelo más óptimo es el de tres palas.
El peso de la hoja depende de su tamaño y del material del que estará fabricada. El tamaño debe seleccionarse con cuidado, guiado por fórmulas de cálculo. Es mejor procesar los bordes de modo que quede redondeado en un lado y un borde afilado en el lado opuesto.
La forma correcta de las palas de un aerogenerador es la base de su buen funcionamiento.
Las siguientes opciones son adecuadas para la producción casera:
- tipo de navegación;
- tipo de ala.
Las aspas tipo vela son simples franjas anchas, como las de un molino de viento. Este modelo es el más obvio y fácil de hacer. Sin embargo, su eficiencia es tan baja que esta forma prácticamente no se utiliza en los aerogeneradores modernos. La eficiencia en este caso es de alrededor del 10-12%.
Una forma mucho más espectacular son las palas de perfil alado. Se trata de los principios de la aerodinámica que elevan enormes aviones en el aire. Un tornillo de esta forma es más fácil de poner en movimiento y gira más rápido. El flujo de aire reduce significativamente la resistencia que encuentra el molino de viento a lo largo de su trayectoria.
El perfil correcto debe parecerse al ala de un avión. Por un lado, la hoja tiene un engrosamiento y por el otro una suave pendiente. Las masas de aire fluyen alrededor de una parte de esta forma muy suavemente.
La eficiencia de este modelo alcanza el 30-35%. La buena noticia es que usted mismo puede construir una espada alada utilizando un mínimo de herramientas. Todos los cálculos y dibujos básicos se pueden adaptar fácilmente a su molino de viento y utilizar energía eólica limpia y gratuita sin restricciones.
¿De qué se fabrican las cuchillas en casa?
Los materiales adecuados para la construcción de un aerogenerador son, en primer lugar, plástico, metales ligeros, madera y una solución moderna: la fibra de vidrio. La pregunta principal es cuánto trabajo y tiempo estás dispuesto a dedicar a fabricar un molino de viento.
Tuberías de alcantarillado de PVC
El material más popular y extendido para fabricar palas de plástico para aerogeneradores es una tubería de alcantarillado de PVC común. Para la mayoría de los generadores domésticos con un diámetro de tornillo de hasta 2 m, es suficiente un tubo de 160 mm.
Las ventajas de este método incluyen:
- precio bajo;
- disponibilidad en cualquier región;
- facilidad de operación;
- una gran cantidad de diagramas y dibujos en Internet, amplia experiencia en uso.
Las tuberías son diferentes. Esto lo saben no solo quienes fabrican plantas de energía eólica caseras, sino también todos los que se han topado con la instalación de alcantarillado o suministro de agua. Se diferencian en grosor, composición y fabricante. La tubería es económica, por lo que no es necesario que intente reducir aún más el costo de su molino de viento ahorrando en tuberías de PVC.
El material de mala calidad de los tubos de plástico puede provocar que las palas se agrieten durante la primera prueba y todo el trabajo sea en vano.
Primero debes decidir el patrón. Hay muchas opciones, cada forma tiene sus propias desventajas y ventajas. Quizás valga la pena experimentar primero antes de eliminar la versión final.
Dado que el precio de las pipas es bajo y puedes encontrarlas en cualquier ferretería, este material es perfecto para los primeros pasos en el modelado de palas. Si algo sale mal, siempre puedes comprar otra pipa e intentarlo de nuevo; tu billetera no se verá muy afectada por tales experimentos.
Los usuarios experimentados de energía eólica han observado que es mejor utilizar tubos de color naranja que grises para fabricar las palas de las turbinas eólicas. Mantienen mejor su forma, no se doblan una vez formada el ala y duran más
Los diseñadores aficionados prefieren el PVC, ya que durante las pruebas una hoja rota se puede reemplazar por una nueva, hecha en 15 minutos directamente en el lugar si se dispone de un patrón adecuado. Sencillo, rápido y, lo más importante, asequible.
Aluminio: fino, ligero y caro
El aluminio es un metal ligero y duradero. Se utiliza tradicionalmente para fabricar palas de aerogeneradores. Debido a su bajo peso, si le das a la placa la forma deseada, las propiedades aerodinámicas de la hélice serán excelentes.
Las principales cargas que experimenta un molino de viento durante la rotación tienen como objetivo doblar y romper la pala. Si el plástico se agrieta y falla rápidamente durante dicho trabajo, puede contar con un tornillo de aluminio por mucho más tiempo.
Sin embargo, si comparamos los tubos de aluminio y PVC, las placas de metal seguirán siendo más pesadas. A altas velocidades de rotación existe un alto riesgo de dañar no la propia hoja, sino el tornillo en el punto de fijación.
Otra desventaja de las piezas de aluminio es la complejidad de su fabricación. Si el tubo de PVC tiene una curva que se utilizará para impartir propiedades aerodinámicas a la pala, entonces el aluminio, por regla general, se toma en forma de lámina.
Después de cortar la pieza según el patrón, lo que en sí mismo es mucho más difícil que trabajar con plástico, aún será necesario enrollar la pieza de trabajo resultante y darle la curvatura correcta. No será tan fácil hacerlo en casa y sin herramientas.
Fibra de vidrio o fibra de vidrio - para profesionales
Si decide abordar la cuestión de crear una cuchilla de manera consciente y está dispuesto a dedicarle mucho esfuerzo y nervios, la fibra de vidrio será suficiente. Si no ha trabajado anteriormente con generadores eólicos, comenzar a familiarizarse con el modelado de un molino de viento hecho de fibra de vidrio no es la mejor idea. Aún así, este proceso requiere experiencia y habilidades prácticas.
Una hoja hecha de varias capas de fibra de vidrio unidas con pegamento epoxi será fuerte, liviana y confiable. Con una gran superficie, la pieza resulta hueca y prácticamente ingrávida.
Para la fabricación se utiliza fibra de vidrio, un material fino y duradero que se produce en rollos. Además de la fibra de vidrio, el pegamento epoxi es útil para fijar las capas.
El trabajo comienza creando una matriz. Este es un espacio en blanco que representa un molde para una pieza futura.
La matriz puede ser de madera: vigas, tablas o troncos. La silueta volumétrica de la mitad de la hoja está recortada directamente del macizo. Otra opción es un molde de plástico.
Es muy difícil hacer una pieza de trabajo usted mismo, debe tener frente a sus ojos un modelo listo para usar de una hoja de madera u otro material, y solo entonces se corta una matriz para la pieza de este modelo. Se necesitan al menos 2 matrices de este tipo, pero, habiendo hecho una forma exitosa una vez, se puede usar muchas veces y de esta manera se puede construir más de un molino de viento.
El fondo del molde se lubrica cuidadosamente con cera. Esto se hace para que la hoja terminada se pueda quitar fácilmente más adelante. Coloque una capa de fibra de vidrio y cúbrala con pegamento epoxi. El proceso se repite varias veces hasta que la pieza alcanza el espesor deseado.
Cuando el pegamento epoxi se haya secado, se retira con cuidado la mitad de la pieza de la matriz. Hacen lo mismo con la segunda mitad. Las piezas se pegan entre sí para formar una pieza tridimensional hueca. Ligera, duradera y con forma aerodinámica, la pala de fibra de vidrio es el pináculo de la excelencia para el aficionado a los parques eólicos domésticos.
Su principal desventaja es la dificultad de implementar la idea y una gran cantidad de defectos al principio, hasta obtener la matriz ideal y perfeccionar el algoritmo de creación.
Barato y alegre: pieza de madera para una rueda de viento
Una cuchilla de madera es un método anticuado que es fácil de implementar, pero ineficaz con el nivel actual de consumo de electricidad. La pieza se puede fabricar a partir de una tabla maciza de madera clara, por ejemplo de pino. Es importante elegir una pieza de madera bien seca.
Debe elegir la forma adecuada, pero tenga en cuenta el hecho de que la hoja de madera no será una placa delgada, como el aluminio o el plástico, sino una estructura tridimensional. Por lo tanto, no basta con darle forma a la pieza de trabajo, es necesario comprender los principios de la aerodinámica e imaginar el contorno de la pala en las tres dimensiones.
Tendrás que utilizar un cepillo para darle el aspecto final a la madera, preferiblemente eléctrico. Para mayor durabilidad, la madera se trata con un barniz o pintura protectora antiséptica.
La principal desventaja de este diseño es el gran peso del tornillo. Para mover este coloso, el viento debe ser lo suficientemente fuerte, lo que en principio es difícil de conseguir. Sin embargo, la madera es un material asequible. Las tablas adecuadas para crear la hélice de una turbina eólica se pueden encontrar en su jardín sin gastar un centavo. Y ésta es la principal ventaja de la madera en este caso.
La eficiencia de una hoja de madera tiende a cero. Como regla general, el tiempo y el esfuerzo invertidos en crear un molino de viento de este tipo no valen el resultado obtenido, expresado en vatios. Sin embargo, la pieza de madera tiene su lugar como modelo de entrenamiento o como pieza de prueba. Y una veleta con palas de madera luce impresionante en el sitio.
Dibujos y ejemplos de palas.
Es muy difícil realizar el cálculo correcto de la hélice de un aerogenerador sin conocer los parámetros básicos que se muestran en la fórmula, además de no tener idea de cómo afectan estos parámetros al funcionamiento del aerogenerador.
Es mejor no perder el tiempo si no quieres profundizar en los conceptos básicos de la aerodinámica. Los dibujos y diagramas ya preparados con indicadores específicos le ayudarán a elegir una pala adecuada para una planta de energía eólica.
Dibujo de una pala para una hélice de dos palas. Fabricado con tubería de alcantarillado de 110 de diámetro. El diámetro de la hélice del molino de viento en estos cálculos es 1 m
Un generador eólico tan pequeño no podrá proporcionarle gran potencia. Lo más probable es que no pueda extraer más de 50 W de este diseño. Sin embargo, una hélice de dos palas hecha de un tubo de PVC delgado y liviano proporcionará una alta velocidad de rotación y garantizará el funcionamiento del molino de viento incluso con vientos suaves.
Dibujo de una pala para hélice de aerogenerador tripala realizada a partir de un tubo de 160 mm de diámetro. La velocidad estimada en esta opción es 5 con un viento de 5 m/s
Una hélice de tres palas de esta forma se puede utilizar para unidades más potentes, aproximadamente 150 W a 12 V. El diámetro de toda la hélice en este modelo alcanza 1,5 m. La rueda de viento gira rápidamente y se pone en marcha fácilmente. El molino de viento de tres alas se encuentra con mayor frecuencia en las centrales eléctricas domésticas.
Dibujo de una pala casera para una hélice de aerogenerador de 5 palas. Fabricado en tubo de PVC de 160 mm de diámetro. Velocidad estimada – 4
Una hélice de cinco palas de este tipo podrá producir hasta 225 revoluciones por minuto con una velocidad del viento estimada de 5 m/s. Para construir una pala según los dibujos propuestos, es necesario transferir las coordenadas de cada punto de las columnas "Coordenadas del patrón delantero/trasero" a la superficie de la tubería de alcantarillado de plástico.
La tabla muestra que cuantas más alas tenga un aerogenerador, más corta debe ser su longitud para producir una corriente de la misma potencia.
Como muestra la práctica, es bastante difícil mantener un aerogenerador de más de 2 metros de diámetro. Si necesita un molino de viento más grande según la tabla, considere aumentar el número de palas.
Se familiarizará con las reglas y principios de este artículo, que describe el proceso de realización de cálculos paso a paso.
Equilibrio de una turbina eólica
Equilibrar las aspas de un generador eólico ayudará a que funcione de la manera más eficiente posible. Para realizar el equilibrio, es necesario encontrar una habitación donde no haya viento ni corrientes de aire. Por supuesto, para una rueda de viento de más de 2 m de diámetro será difícil encontrar un espacio así.
Las palas se ensamblan en una estructura terminada y se instalan en la posición de trabajo. El eje debe colocarse estrictamente horizontal, nivelado. El plano en el que girará la hélice debe establecerse estrictamente vertical, perpendicular al eje y al nivel del suelo.
Una hélice que no se mueve debe girarse 360/x grados, donde x = número de palas. Idealmente, un molino de viento equilibrado no se desviará 1 grado, sino que permanecerá inmóvil. Si la hoja ha girado por su propio peso, es necesario ajustarla un poco, reducir el peso en un lado y eliminar la desviación del eje.
El proceso se repite hasta que el tornillo esté absolutamente inmóvil en cualquier posición. Es importante que no haya viento durante el equilibrio. Esto puede distorsionar los resultados de las pruebas.
También es importante comprobar que todas las piezas giran estrictamente en el mismo plano. Para comprobarlo, se instalan placas de control a una distancia de 2 mm a ambos lados de una de las palas. Durante el movimiento, ninguna parte del tornillo debe tocar la placa.
Para operar un aerogenerador con palas fabricadas, será necesario montar un sistema que acumule la energía recibida, la almacene y la transmita al consumidor. Uno de los componentes del sistema es el controlador. Aprenderá cómo hacer esto leyendo nuestro artículo recomendado.
Si desea utilizar energía eólica limpia y segura para las necesidades de su hogar y no planea gastar mucho dinero en la compra de equipos costosos, una idea adecuada serán palas caseras hechas de materiales comunes. No tenga miedo de experimentar y podrá mejorar aún más los modelos existentes de hélices de molinos de viento.
A menudo, los propietarios de casas particulares tienen una idea para implementar. sistemas de suministro de energía de respaldo. El método más simple y accesible es, por supuesto, un generador, pero muchas personas dirigen su atención hacia formas más complejas de convertir la llamada energía libre (radiación, energía del agua que fluye o del viento).
Cada uno de estos métodos tiene sus propias ventajas y desventajas. Si todo está claro con el uso del flujo de agua (minicentral hidroeléctrica): esto solo está disponible en las inmediaciones de un río que fluye bastante rápido, entonces la luz solar o el viento se pueden aprovechar en casi todas partes. Ambos métodos también tendrán un inconveniente común: si una turbina hidráulica puede funcionar las 24 horas del día, entonces una batería solar o un generador eólico solo son efectivos por un tiempo, lo que hace necesario incluir baterías en la estructura de la red eléctrica doméstica. .
Dado que las condiciones en Rusia (horas de luz cortas la mayor parte del año, precipitaciones frecuentes) hacen que el uso de paneles solares sea ineficaz con su costo y eficiencia actuales, el más rentable es el diseño de un generador eólico. Consideremos su principio de funcionamiento y posibles opciones de diseño.
Como ningún dispositivo casero es igual, éste El artículo no es una instrucción paso a paso., sino una descripción de los principios básicos del diseño de generadores eólicos.Principio general de funcionamiento
Las principales partes de trabajo de un generador eólico son las palas, que giran gracias al viento. Dependiendo de la ubicación del eje de rotación, los aerogeneradores se dividen en horizontales y verticales:
- Aerogeneradores horizontales más extendida. Sus palas tienen un diseño similar a la hélice de un avión: en una primera aproximación, son placas inclinadas con respecto al plano de rotación, que convierten parte de la carga de la presión del viento en rotación. Una característica importante de un aerogenerador horizontal es la necesidad de asegurar la rotación del conjunto de palas de acuerdo con la dirección del viento, ya que se garantiza la máxima eficiencia cuando la dirección del viento es perpendicular al plano de rotación.
- Cuchillas generador de viento vertical tener una forma convexa-cóncava. Dado que la racionalización del lado convexo es mayor que la del lado cóncavo, un generador eólico de este tipo siempre gira en una dirección, independientemente de la dirección del viento, lo que hace innecesario el mecanismo de giro, a diferencia de las turbinas eólicas horizontales. Al mismo tiempo, debido a que en cualquier momento solo una parte de las palas realiza un trabajo útil y el resto solo contrarresta la rotación, La eficiencia de un aerogenerador vertical es significativamente menor que la de uno horizontal: si para un aerogenerador horizontal de tres palas esta cifra alcanza el 45%, para uno vertical no superará el 25%.
Dado que la velocidad media del viento en Rusia es baja, incluso un molino de viento grande girará bastante lentamente la mayor parte del tiempo. Para garantizar un suministro de energía suficiente, debe estar conectado al generador a través de una caja de cambios, correa o engranaje elevador. En un molino de viento horizontal, el conjunto palas-caja de cambios-generador está montado sobre un cabezal giratorio, lo que les permite seguir la dirección del viento. Es importante tener en cuenta que el cabezal giratorio debe tener un limitador que le impida dar una rotación completa, ya que de lo contrario se romperá el cableado del generador (es más recomendable la opción de utilizar arandelas de contacto que permitan que el cabezal gire libremente). complicado). Para garantizar la rotación, el generador eólico se complementa con una paleta de trabajo dirigida a lo largo del eje de rotación.
El material más común para las cuchillas es un tubo de PVC de gran diámetro cortado longitudinalmente. A lo largo de los bordes están remachados con placas de metal soldadas al cubo del conjunto de cuchillas. Los dibujos de este tipo de palas son los más difundidos en Internet.
El video habla sobre un generador eólico hecho por ti mismo.
Cálculo de un aerogenerador de palas.
Como ya hemos descubierto que un aerogenerador horizontal es mucho más eficiente, consideraremos el cálculo de su diseño.
La energía eólica se puede determinar mediante la fórmula.
P=0,6*S*V³, donde S es el área del círculo descrito por los extremos de las palas de la hélice (área de barrido), expresada en metros cuadrados, y V es la velocidad estimada del viento en metros por segundo. También es necesario tener en cuenta la eficiencia del propio molino de viento, que para un circuito horizontal de tres palas tendrá un promedio del 40%, así como la eficiencia del grupo electrógeno, que en el pico de la característica corriente-velocidad es del 80%. para un generador con excitación por imanes permanentes y 60% para un generador con devanado de excitación. En promedio, la caja de cambios elevadora (multiplicador) consumirá otro 20% de la potencia. Por tanto, el cálculo final del radio de un molino de viento (es decir, la longitud de su pala) para una potencia determinada de un generador de imanes permanentes se ve así:
R=√(P/(0,483*V³))
Ejemplo: Supongamos que la potencia requerida de la central eólica es de 500 W y la velocidad media del viento es de 2 m/s. Luego, según nuestra fórmula, tendremos que utilizar palas de al menos 11 metros de largo. Como puede ver, incluso una potencia tan pequeña requerirá la creación de un generador eólico de dimensiones colosales. Para estructuras más o menos racionales en términos de fabricación propia, con una longitud de pala de no más de un metro y medio, el aerogenerador podrá producir sólo entre 80 y 90 vatios de potencia, incluso con vientos fuertes.
¿No hay suficiente potencia? De hecho, todo es algo diferente, ya que en realidad la carga del aerogenerador se alimenta de baterías, mientras que el molino de viento solo las carga lo mejor que puede. En consecuencia, la potencia de un aerogenerador determina la frecuencia con la que puede suministrar energía.
Fabricar las alas o aspas de un generador eólico es el trabajo más difícil de una central eólica. Procesar una hoja que tiene forma helicoidal requiere atención y capacidad para marcar los ángulos de sus secciones, realizar fijaciones, plantillas, etc. Cada artesano utiliza sus propias técnicas a la hora de fabricar una hoja. La técnica más racional es aquella que permite fijar con mayor precisión los ángulos de cuña de la pala y procesar correctamente los perfiles de cada una de sus secciones. Utilizaremos el método de fabricación de una rueda eólica (hélice) de baja potencia propuesto por el ingeniero. Utkin-Egorov.
El material se selecciona entre tablas de pino, fresno, arce o tilo bien secas. Las tablas deben ser de alta calidad: sin nudos, capas cruzadas, azulados, etc. Para una rueda de viento se necesitan 4 tablas, cuyas dimensiones se determinan según el dibujo de la hélice aceptado para la producción. Estas tablas se procesan con una ensambladora para que queden completamente planas.
Pegado de tableros. Las 4 tablas tratadas se pegan con cola de caseína (la cola para madera no es adecuada, ya que es susceptible a la humedad). Las superficies de las tablas a pegar se tratan con papel de lija grueso para darles rugosidad. Composición del pegamento: se vierten de 300 a 400 g de pegamento de caseína en polvo fresco en un recipiente y se vierte gradualmente agua hervida enfriada a temperatura ambiente. Al agregar agua se debe remover la mezcla todo el tiempo hasta obtener una masa homogénea (sin grumos). Esta masa se deja reposar durante 10 o 15 minutos, y luego se vuelve a agregar agua hervida, revolviendo, y la masa de cola se vuelve más líquida. El pegamento terminado se deja reposar nuevamente y se mezcla nuevamente. Aplique el pegamento a la superficie de las tablas con un cepillo y extiéndalo rápidamente en una capa uniforme. Esta operación se realiza en el orden en que se colocan las tablas. Las tablas, lubricadas con pegamento y colocadas una encima de la otra, se aprietan firmemente con abrazaderas o se retuercen con un cable retorcido con un intervalo de aproximadamente 300 mm. Para no dañar la superficie de las tablas, se colocan tablones delgados debajo de cada abrazadera o giro.
Las tablas encoladas y tensadas se secan durante 36 a 48 horas. a temperatura ambiente normal. En verano, el secado debe realizarse bajo un dosel. Como resultado de todo este trabajo se obtiene una rueda de viento en bruto.
Fabricación de una pala helicoidal. Los lados de la pieza de trabajo se procesan con una ensambladora y se aplican las líneas centrales de las alas de modo que estas líneas se crucen con el eje de rotación de la rueda eólica. En general, estas líneas deben pasar a una distancia de 0,39xb desde la punta de la pala, donde b es su ancho en el tramo correspondiente.
Utilizando el dibujo, que debe mostrar todas las dimensiones del aerogenerador, dibuje el contorno de la pala en el cartón y recorte una plantilla. Luego, esta plantilla se aplica a la superficie de la pieza de trabajo desde arriba y desde abajo para que su eje y centro coincidan exactamente con los ejes de la pieza de trabajo y se delinee la forma de la hoja. El procesamiento de los lados de la pieza de trabajo se realiza como se muestra en la Fig. 14.
Higo. 14. Pieza en bruto para una rueda de viento de dos palas.
El procesamiento adicional se realiza utilizando plantillas y un tablero de control (Fig. 15). Para las plantillas, se cortan espacios en blanco rectangulares de exactamente las mismas dimensiones de madera contrachapada de 3 mm de espesor: de 150 a 300 mm de altura y de 200 a 350 mm de ancho, dependiendo del tamaño de la hoja. Para ruedas de viento grandes, las plantillas deben cortarse de madera contrachapada más gruesa. En cada pieza de trabajo, se dibuja una línea vertical exactamente en el medio y una línea horizontal perpendicular a ella a una distancia de 100 mm desde el borde inferior de la plantilla. La intersección de estas líneas será el centro de los perfiles de las palas. Utilizando el dibujo, se aplican los contornos de los perfiles de la hoja a la pieza de trabajo con el arco hacia abajo y la cuerda hacia arriba, colocando la plantilla de modo que el eje del perfil coincida exactamente con la línea vertical de la pieza de trabajo (Fig. 15). Desde la punta y la cola del perfil se dibujan las horizontales A y B. Se realizan cortes a lo largo de las líneas y el contorno del perfil con una sierra de calar.
Higo. 15. Tablero de control con plantillas para hacer una cuchilla.
Como resultado, se obtienen plantillas divididas con contornos aserrados de los perfiles de cada sección de la pala, tomados a una cierta distancia r del eje de rotación de la rueda eólica. Para fijar las plantillas al tablero de control, realice ranuras transversales de hasta 10 mm de profundidad. Las partes inferiores de las plantillas se fijan en estas ranuras de modo que las líneas horizontales a - b de todas las plantillas estén exactamente a la misma altura a lo largo de la hoja.
En el centro del tablero de control se fija un perno con un diámetro de 16 a 20 mm con dos tuercas. El perno debe instalarse perpendicular al tablero, lo cual se verifica con un nivel o una plomada. Después del procesamiento previo, la pieza de trabajo de la rueda de viento se coloca en el perno de modo que la proa de la pala quede sobre el corte de la primera plantilla, untada con pintura a lo largo del contorno de la proa. Cuando se coloca la pieza de trabajo sobre la plantilla, dejará una marca en la sección transversal de la hoja, cuyo ángulo de cuña se conoce. Después de eso, se retira la pieza de trabajo y se hace un hueco de 10-15 mm de ancho con un cincel y una lima usando la huella. Luego, el contorno de la plantilla se recubre nuevamente con pintura y la pieza de trabajo se coloca nuevamente sobre el perno y la pieza de trabajo se presiona contra la superficie pintada de la plantilla. En función de las huellas de pintura, la ranura se procesa más profundamente. El procesamiento continúa de esta manera hasta que la rueda de viento se ajuste firmemente a la primera plantilla número 1. Después de esto, se aprieta la tuerca inferior del perno de modo que descanse contra la superficie del cubo de la rueda de viento.
Luego retírelo e instale la segunda plantilla No. 2 con un contorno pintado y repita el trabajo de encajar esta sección de la hoja en la plantilla, etc. Después de procesar los arcos de todas las secciones de la hoja correspondientes a las plantillas No. 1, 2. , 3, 4 y 5, 5 transversales se obtienen ranuras.
Habiendo procesado una cuchilla de esta manera, comienzan a procesar los cordones de la superficie superior de la misma cuchilla, utilizando en este caso las plantillas superiores. La verificación de la exactitud de las secciones procesadas se realiza instalando la plantilla superior en la inferior. Deben cerrarse con precisión a lo largo de la línea de partición, y el contorno del arco y cuerda de la hoja debe coincidir con el contorno de la plantilla a lo largo de todo el perfil. Después de procesar una cuchilla, desenrosque la tuerca superior del perno y gire la rueda de viento 180° para procesar la segunda cuchilla siguiendo las mismas plantillas.
La rueda de viento así tratada se retira del tablero de control y comienza el procesamiento de las superficies restantes sin tratar entre las ranuras. Este trabajo se realiza con cepillo, cincel, lima, lija, etc. El acabado final de las hojas debe realizarse con mucho cuidado, especialmente los bordes delanteros redondeados y traseros puntiagudos.
La rueda de viento terminada se recubre con aceite o aceite secante caliente dos o tres veces, se seca y luego se recubre dos o tres veces con barniz de alcohol o se pinta con pintura al óleo. La rueda de viento completa debe estar equilibrada. El equilibrio se realiza mediante una varilla torneada insertada en el cubo del volante. La varilla debe quedar exactamente horizontal sobre soportes afilados. Las palas de la hélice deben estar equilibradas sin tirar entre sí. El equilibrio exacto se logra mediante un pequeño desplazamiento del casquillo en el cubo de la rueda eólica en una dirección u otra desde su eje original. Después del equilibrado, el casquillo se atornilla firmemente en la posición prevista para ello.
Del método de fabricación del generador eólico descrito anteriormente, vemos que la tarea más difícil es obtener los ángulos de cuña necesarios φ, que le dan a la pala una forma helicoidal. Torcer la cuchilla dificulta su procesamiento longitudinal, instalación de plantillas en el tablero de control, etc. Por lo tanto, para quienes tengan dificultades para realizar una cuchilla helicoidal, recomendamos fabricar una cuchilla simplificada con un ángulo de cuña constante φ en toda su longitud. de la hoja. En este caso, la tasa de aprovechamiento de la energía eólica disminuirá del 5 al 10%, es decir, en lugar de ξ = 0,35, tendremos ξ = 0,25, pero será mucho más fácil fabricar estas palas. Al hacer una hoja enderezada, será necesario hacer solo 2 plantillas exteriores No. 1 y No. 5. Los perfiles intermedios de las secciones de la hoja se obtendrán por sí solos durante el procesamiento longitudinal, ya que todas las líneas del perfil de la primera sección van a el perfil del quinto tramo en línea recta. En este caso, el ángulo φ tanto en la primera como en la quinta sección debe ser igual a 5°. Las coordenadas del perfil de las secciones primera y quinta se dan en la Tabla. 4 y 5. Estas coordenadas también se pueden guardar para una hoja enderezada. Las dimensiones de una rueda de viento con un diámetro de 1,2 m se dan en la figura. 15a.
También se puede fabricar una hoja enderezada para otros tamaños con un ángulo de cuña constante φ = 5°, y las coordenadas de los perfiles No. 1 y No. 5 se pueden determinar usando la tabla. 4.
Cabe señalar que con un aumento en el ángulo de acuñamiento de la pala, la velocidad de la rueda de viento disminuirá y el par de la rueda de viento aumentará. Se puede aumentar el ángulo a 10-12° para unidades con cajas de engranajes.
Desde hace mucho tiempo, la humanidad utiliza la fuerza del viento para sus propios fines. Los molinos de viento y los veleros son familiares para muchos, se escribe sobre ellos en libros y se hacen películas históricas. Hoy en día, el generador de energía eólica no ha perdido su relevancia, porque con su ayuda puedes obtener electricidad gratis en tu casa de campo, lo que puede resultar útil si se corta la luz. Hablemos de molinos de viento caseros, que se pueden montar a partir de materiales de desecho y piezas disponibles a un coste mínimo. Para usted, le proporcionamos una instrucción detallada con imágenes, así como ideas en video para varias opciones de ensamblaje más. Entonces, veamos cómo hacer un generador eólico con tus propias manos en casa.
Instrucciones de montaje
Hay varios tipos de aerogeneradores: horizontales, verticales y de turbina. Tienen diferencias fundamentales, sus pros y sus contras. Sin embargo, el principio de funcionamiento de todos los generadores eólicos es el mismo: la energía eólica se convierte en energía eléctrica y se acumula en baterías, que luego se utilizan para las necesidades humanas. El tipo más común es el horizontal.
Es familiar y reconocible. La ventaja de un aerogenerador horizontal es su mayor eficiencia en comparación con otros, ya que las aspas del molino siempre están expuestas al flujo de aire. Las desventajas incluyen el requisito de viento fuerte: debe ser más fuerte que 5 metros por segundo. Este tipo de molino de viento es el más fácil de fabricar, por lo que los artesanos del hogar suelen tomarlo como base.
Si decide intentar montar un generador eólico usted mismo, aquí tiene algunas recomendaciones.
Debe comenzar con el generador: este es el corazón del sistema, el diseño del conjunto de tornillo dependerá de sus parámetros. Para esto son adecuados los generadores de automóviles nacionales e importados, existe información sobre el uso de motores paso a paso de impresoras u otros equipos de oficina. También puedes utilizar el motor de una rueda de bicicleta para hacer tu propio molino de viento y generar electricidad. En general, se puede utilizar casi cualquier motor o generador, pero se debe probar su eficiencia.
Una vez decidido por el convertidor de energía, es necesario montar un engranaje para aumentar la velocidad en el eje del generador. Una revolución de la hélice debe ser igual a 4-5 revoluciones en el eje de la unidad generadora. Sin embargo, estos parámetros se seleccionan individualmente, según la potencia y las características de su generador y conjunto de palas. La caja de cambios puede ser parte de una amoladora angular o de un sistema de correas y rodillos.
Cuando se ensambla el conjunto caja de cambios-generador, comenzamos a determinar su resistencia al torque (gramos por milímetro). Para hacer esto, es necesario hacer un brazo con contrapeso en el eje de la futura instalación y, con la ayuda de un peso, averiguar con qué peso bajará el brazo. Un resultado aceptable es menos de 200 gramos por metro. El tamaño del hombro en este caso se toma como la longitud del omóplato.
Mucha gente piensa que cuantas más cuchillas, mejor. Esto no es enteramente verdad. Necesitamos altas velocidades, y muchas hélices crean una mayor resistencia al viento, ya que las fabricamos en casa, por lo que en algún momento el flujo que viene ralentiza la hélice y la eficiencia de la instalación disminuye. Puedes utilizar una hélice de dos palas. Una hélice de este tipo puede girar a más de 1.000 rpm con vientos normales. Puede fabricar las palas de un generador eólico casero con los materiales disponibles, desde madera contrachapada y galvanización hasta plástico de tuberías de agua (como en la foto de abajo). La condición principal es que el material sea ligero y duradero.
Una hélice liviana aumentará la eficiencia del molino de viento y la sensibilidad al flujo de aire. No olvide equilibrar la rueda neumática y eliminar las irregularidades; de lo contrario, escuchará aullidos y aullidos mientras el generador está en funcionamiento y las vibraciones provocarán un rápido desgaste de las piezas.
El siguiente elemento importante es la cola. Mantendrá la rueda en el flujo del viento y hará girar la estructura si cambia su dirección.
Depende de usted decidir si desea convertirse en un coleccionista actual o no. Esto complicará el diseño, pero eliminará la torsión frecuente del cable, lo que puede provocar roturas. Por supuesto, en su ausencia, a veces tendrás que desenrollar el cable tú mismo. Durante la prueba de funcionamiento del aerogenerador, no se olvide de las precauciones de seguridad: las palas que giran representan un gran peligro.
Un aerogenerador sintonizado y equilibrado se instala en un mástil a al menos 7 metros de altura del suelo, asegurado con cables espaciadores. A continuación, un componente igualmente importante es la batería. La batería de automóvil más utilizada es la batería de ácido-ácido. Es imposible conectar la salida de un generador eólico casero directamente a la batería, esto debe hacerse a través de un relé o controlador de carga, que puede ensamblar usted mismo o comprarlo ya hecho.
El principio de funcionamiento del relé se reduce a controlar la carga y la carga. Si la batería está completamente cargada, conmuta el generador y la batería para cargar lastre, el sistema se esfuerza por estar siempre cargado, evitando la sobrecarga, y no deja el generador sin carga. Un molino de viento sin carga puede girar con bastante fuerza y dañar el aislamiento de los devanados con el potencial generado. Además, las altas velocidades pueden provocar la destrucción mecánica de los elementos del aerogenerador. El siguiente es un convertidor de voltaje de 12 a 220 voltios 50 Hz para conectar electrodomésticos.
Ahora Internet está lleno de diagramas y dibujos en los que los artesanos muestran cómo hacer usted mismo un generador eólico utilizando potentes imanes. Si son tan efectivos como prometen es un punto discutible. Pero vale la pena intentar montar una instalación de generación de energía eólica en tu casa y luego decidir cómo mejorarla. Es importante adquirir experiencia y luego podrás probar un dispositivo más serio. La libertad y variedad de los molinos de viento caseros es tan amplia, y la base de elementos es tan diversa, que no tiene sentido describirlos todos, el significado básico sigue siendo el mismo: el flujo del viento hace girar la hélice, la caja de cambios aumenta la velocidad del eje, la El generador produce voltaje, luego el controlador mantiene el nivel de carga de la batería y la energía ya se selecciona para diversas necesidades. Usando este principio, puedes hacer un generador eólico con tus propias manos en casa. Esperamos que nuestras instrucciones detalladas con ejemplos fotográficos le hayan explicado cómo hacer un modelo de molino de viento adecuado para su hogar o cabaña. También le recomendamos que vea clases magistrales sobre cómo montar un dispositivo casero en formato de vídeo.
Lecciones visuales en vídeo.
Para fabricar fácilmente un generador eólico para generar electricidad en casa, le recomendamos que se familiarice con las ideas ya preparadas de los ejemplos en vídeo:
Por eso hemos proporcionado todas las ideas más sencillas y asequibles para montar un molino de viento casero. Como puede ver, incluso un niño puede fabricar fácilmente algunos modelos de dispositivos. Hay muchas otras opciones caseras: con potentes imanes, con cuchillas complejas, etc. Estos diseños debes repetirlos sólo si tienes algo de experiencia en este tema, debes comenzar con esquemas simples. Si desea fabricar un generador eólico para que funcione y se utilice para el fin previsto, proceda según las instrucciones que le proporcionamos. Si tienes alguna duda déjala en los comentarios.