Construccion de Turbina eolica casera

 

TURBINA EOLICA TIPO DARRIEUS

Creo que todos nos encontramos de acuerdo en algo, el cambio climático es uno de los mayores retos de nuestra era, hacerle frente es parte es similar a una obligación, pero que podemos hacer?

Parece sencillo y complicado a la vez pero con acciones pequeñas puede llegar a mimizarse el impacto que tengamos, también se que a mi pequeña audiencia le interesa contribuir de la forma que mas le apasiona, produciendo energía.

Y quizá oportunamente tengamos algunas ráfagas de viento o un intenso sol durante buena cantidad de días al año.

Es por ello que aprovecharlas no estaría nada mal , después de todo son gratuitas, así que hoy veremos la construcción de una turbina de eje vertical tipo DARRIEUS.

Con la finalidad de alimentar equipos pequeños como celulares , pwer Banks o algún equipo de radio, etc.

PERSPECTIVA

Quizá muchos de nosotros sabemos que gran parte de la producción energética mundial proviene de recursos no renovables y en su mayoría son perjudiciales para el medio ambiente y por ende a nosotros.

Los combustibles fósiles comprenden el 80% de la demanda actual de energía primaria a nivel mundial y el sistema energético es la fuente de aproximadamente dos tercios de las emisiones globales de CO₂.

Las centrales eléctricas en concreto poseen alrededor del 50% del consumo de combustibles fosiles, quizá una de estas sea la que provee electricidad a sus hogares.

 

TEORIA

El aerogenerador Darrieus es un tipo de aerogenera de eje vertical utilizado para generar electricidad a partir de la energía transportada por el viento. La turbina consta de una serie de palas de perfil aerodinámico curvadas montadas en un eje o armazón giratorio vertical. Hay varios aerogeneradores estrechamente relacionados que utilizan palas rectas. Este diseño de aerogenerador fue patentado por Georges Jean Marie Darrieus, un ingeniero aeronáutico francés.

En esta grafica se puede apreciar en el eje de las ordenadas el coeficiente de potencia y en el eje de las abscisas la velocidad que adquieren.

METODO DE OPERACION

En las versiones originales del diseño de Darrieus, los perfiles alares están dispuestos de manera que sean simétricos y tengan un ángulo de aparejo cero, es decir, el ángulo con el que los perfiles alares están configurados en relación con la estructura en la que están montados. Esta disposición es igual de efectiva sin importar en qué dirección sopla el viento, a diferencia del tipo convencional, que debe girarse para enfrentar al viento.

Cuando el rotor Darrieus está girando, los aerodeslizadores se mueven hacia adelante a través del aire en una trayectoria circular. En relación con la pala, este flujo de aire se añade vectorialmente al viento, de modo que el flujo de aire resultante crea un pequeño ángulo de ataque positivo variable a la pala. Esto genera una fuerza neta que apunta oblicuamente hacia adelante a lo largo de cierta "línea de acción". Esta fuerza se puede proyectar hacia dentro del eje de la turbina a una cierta distancia, dando un par positivo al eje, lo que le ayuda a girar en la dirección en la que ya está viajando. Los principios aerodinámicos que hacen girar el rotor son equivalentes a los de los autogiros y helicópteros normales en auto-rotación.

A medida que el perfil aerodinámico se mueve alrededor de la parte posterior del aparato, el ángulo de ataque cambia al signo opuesto, pero la fuerza generada aún se encuentra oblicuamente en la dirección de rotación, porque las palas son simétricas y el ángulo de aparejo es cero. El rotor gira a una velocidad no relacionada con la velocidad del viento, y generalmente muchas veces más rápido. La energía que surge del par y la velocidad se puede extraer y convertir en energía útil utilizando un generador eléctrico.

 

EFICIENCIA

La eficiencia de una turbina tipo darrieus se encuentra entre el 30 y el 40% superando a la tipo savonius y al rotor multipala, pero menor que un rotor horizontal de 3 palas.

PRUEBAS PREVIAS

Hice dos pequeñas pruebas previas para corroborar el funcionamiento del sistema, coloque el ventilador o cooler de una fuente de alimentación de computadora y en base a tiras de cartulina y un poco de cinta adhesiva logre 2 maquetas y probar cual resultaba más eficiente ante la ráfaga de viento.

Los resultados fueron favorables para la turbina eólica con configuración helicoidal, asi que esta fue la razón por la que me anime a construirla.

MATERIALES

Cada uno de los materiales empleados puedes reemplazarlos por similares de madera o metal preferiblemente, con el objetivo de evitar la degradación de los mismos.

-Varilla de acero cilíndrica

-Varilla rectangular de aluminio

-2x cojinete o rulemán de tamaño similar al eje.

-Tubos de PVC

-Papel o carton

-Papel cubierto con plastico

-Tornillos con tuerca

-Base de metal o madera

-Cabezal de VHS

-Alambre de acero, cobre o similares.

-Broca del mismo diámetro del alambre

-Tornillos varios

-Polea o engraje con correa

-genrador, motor dc, o algúno similar con al capacidad de producir energía electrica

-Cola de carpintero o goma sintetica

-Tijera

-Dremel

-Taladro

- cinta

CONSTRUCCION DE LAS PALAS

Para las palas fue necesario cortar 3 rectangulos del tubo de PVC , en mi caso tuvieron las siguientes dimensiones,pero puedes ampliarlas mucho mas.

En la primera ocasión de acuerdo a la experimentación con el ventilador, creí que era solamente necesario colocar las tiras de tubo PVC con la disposición mostrada en los papers para lograr el movimiento, pero el equipo permanecía inmóvil, y esto se debía principalmente a que el sistema esta basado en el movimiento aparente, algo similar como las turbinas eólicas horizontales de 3 aspas comunes se mueven.

Así que para lograr mejores resultados me encamine a colocar algunos trozos de papel  con la finalidad de ensanchar los bordes de tira de PVC y aumentar el tamaño del borde de ataque.

En otras palabras, pasamos de esta tira curvada a una tira con la forma de un perfil alar.

El proceso fue sencillo, solamente encajé 3 secciones de pequeños tubos de papel que envolví 2 veces con una capa de papel mas gruesa, con la finalidad de tener una sección abultada en algún extremo de la tira de PVC.

Para concluir se coloco un trozo de papel de parte sobrante de un vinilo o un papel sticker, estos tienen la cualidad de estar plastificados por un lado lo que permitirá tener una menor resistencia del perfil alar, las uniones fueron realizadas por cola de carpintero o goma sintética.

COMO FABRICARLO

Para la construcción primeramente fue necesario buscar un eje con longitud prudencial que permitiera incluir en uno de los extremos algunos cojinetes que recicle de una fotocopiadora.

Si te interesa ver el video del reciclaje puedes consultarlo aquí en información o en la descripción del video, incluso en la sección de comentarios del mismo puedes apuntar algún proyecto que desees ver en el canal.

Bueno este eje pertenece a un rodillo del mecanismo de recogido de papel, .

Luego con los trozo de aluminio seguirás la siguiente disposición, y para mayor practicidad en la construcción colocaremos A a este extremo y B al otro.

Perforamos el extremo A de las varillas rectangulares

Tomamos 3 de ellas y las colocamos momentáneamente con un trozo de superglue en una distribución circular de 120°,en mi caso a 10 cm aproximadamente de la parte superior de la varilla.

Para lograr los 120° previamente deberas tomar un  trozo de papel, envolver la circunferencia de la varilla y cortarlo donde se unan el inicio y el final del trozo de papel, luego con una regla divides en 3 partes el trozo y lo colocas nuevamente en la varilla, relaizas algunos marcas para tener la división correcta y finalizas colocando las varillas.

Para asegurarlas con mayor firmeza es necesario realizar un agujero con la broca del mismo calibre del alambre que emplees con la finalidad de envolver las varillas y evitar un movimiento no deseado posterior.

Ahora en la parte inferior desplazando todo el conjunto de 3 varillas en sentido horario y asegurando con un poco de superglue previamente  taladraras un pequeño agujero donde introducirás el alambre y darás vueltas alrededor de las varillas con la finalidad de asegurar lo mejor que puedas.

Puedes también emplear algún tipo de abrazadera, para mayor facilidad.

Luego tomando las aspas o palas las colocaras en los agujeros correspondientes realizando perforaciones en la parte superior e inferior del conjunto.

Bien luego de ello solo faltaría colocarlo en una base en la cual previamente se ha introducido el cojinete, si prefieres puedes elevar el sistema y en la parte inferior colocar un engranaje o polea para que transmita el movimiento hacia el generador. En mi caso no les mostrare el proceso pues este era un estudio solamente, pero estoy seguro que lo podrán realizar fácilmente.

PRUEBAS

Concluido el armado realice algunas pruebas con vientos leves y posteriormente para mejor resultados llevé esta turbina a la parte superior de mi casa y cada dia en mi tiempo libre revisaba que se encontrara bien y para ver si había algunas variaciones con el tiempo por emplear materiales poco usuales en algo permanente, asi que luego de 4 meses y por las lluvias tuve que desmontarlo, las piezas aun funcionan pero el agua de todos modos ingreso en las palas.

Se puede volver a montar pero creo que fue suficiente por ahora

observe lo que tenia que ver y es por ello para la segunda versión estaré empleando materiales reciclados y mucho mas duraderos a ambientes extremos, asi tambien colocare 2 puntos de apoyo con la finalidad de evitar vibraciones y aegurar una mayor eficiencia.

OBSERVACIONES

El rotor pierde inercia debido a las oscilaciones que tiene cuando va adquiriendo mayor velocidad, es como un limitante que permanece en el equipo.

Puede llegar a solucionarse colocando una estructura rigida que comprenda 2 puntos de apoyo y no uno solo como el mostrado.

Según estudios existen dificultades para proteger la turbina Darrieus de las condiciones de viento extremas y para que se inicie automáticamente en vientos debiles.

Esto según mi experiencia, tiene algo de cierto , pero puedes colocar unas aletas o palas similares a la disposisicon savonius para iniciar con vientos un poco mas débiles.

 

Un problema con el diseño es que el ángulo de ataque cambia a medida que la turbina gira, por lo que cada pala genera su par máximo en dos puntos de su ciclo (parte delantera y trasera de la turbina).

Esto conduce a un ciclo de potencia sinusoidal (pulsante) que complica el diseño. En particular, casi todas las turbinas Darrieus tienen modos de resonancia en los que, a una velocidad de rotación particular, la pulsación es a una frecuencia natural de las aspas que puede causar (eventualmente) la rotura. Por esta razón, la mayoría de las turbinas Darrieus tienen frenos mecánicos u otros dispositivos de control de velocidad para evitar que la turbina gire a estas velocidades durante un largo período de tiempo.

Otro problema surge porque la mayoría de la masa del mecanismo giratorio se encuentra en la periferia y no en el centro, como sucede con una hélice.