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Bombas de Agua Eólicas

Las bombas de agua eólicas son máquinas de bombeo de agua que funcionan con la fuerza del viento. La energía mecánica obtenida del viento acciona una bomba hidráulica que se encuentra en la parte inferior para  elevar el agua.

El uso más extendido es la extracción de agua de pozos subterráneos. Se encuentran en granjas agrícolas y en haciendas ganaderas en donde a pesar de haber sido desplazadas por las potentes bombas eléctricas y a gasolina aún persisten y desempeñan una importante función.

Los pozos de agua subterránea son muy comunes en las áreas rurales de países latinoamericanos y usualmente son poco aprovechados, en parte debido a los costos de combustible y poco acceso a la red de energía eléctrica. Considerando que muchas de estas áreas rurales son también ventosas en temporada seca queda claro que las bombas eólicas podrían ser de gran utilidad para mitigar la falta de abastecimiento de agua.

Pese a sus ventajas, las potentes bombas de agua con motores eléctricos o de combustión interna nos hacen excesivamente dependientes de los combustibles fósiles y de las formas de generación de energía centralizadas. Las bombas eólicas en cambio hacen parte de una tendencia deseable hacia la micro-generación de energía, de una manera distribuida y autosostenible.

No cabe duda de que estos “molinos de viento” que han servido al hombre desde mucho antes de la era industrial, seguirán siendo parte de la memoria colectiva en el futuro.

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Curioso bote con aeromotor

En esta oportunidad inicialmente les presento la imagen de una patente de 1916 por Edward Niklaus Breitung. En esta se describe un molino de viento, o más precisamente un aeromotor, diseñado para ir acoplado a un bote velero de tal forma que permite generar electricidad y proveer impulso adicional al de las velas. (vía PicApp)

Windmill Ship

No obstante la ingeniosidad de la invención, hoy en día muchos yates utilizan modernas velas y cascos para mejorar el  desempeño y microturbinas eólicas para generar electricidad a bordo, resultando ser una opción más simple y eficiente.

Turbina eolica para yate

Imagen: www.trendir.com

En la imagen se muestra una microturbina eólica diseñada para uso en yates, que como se mencionó es una muy buena opción para el autoabastecimiento de electricidad a bordo.

vía PicApp

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Construcción de aspas de madera para turbina casera (y 2)

Continuando con el tema de la anterior entrada mostraré la terminación del aspa que ya posee el ángulo adecuado y la forma básica.

Las aspas de turbinas eólicas caseras deben tener un perfil aerodinámico adecuado que permita aprovechar al máximo la energía del viento y no generar turbulencia. Este perfil incrementa la  sustentación y en últimas, la velocidad de giro del rotor.

Formación del perfil aerodinámico

Creación del perfil aerodinámico (plano de sección transversal)

Se parte del perfil “crudo” y se desbasta la madera hasta obtener la figura que se observa en la imagen. La superficie que enfrenta al viento permanece casi inalterada (plana) a excepción del borde de ataque.

Es importante que las tres aspas sean talladas y acabadas de la misma forma, para que tengan la misma forma, perfil y ojalá peso. Esta última deberá terminar de ajustarse cuando el rotor esté armado para evitar vibraciones perjudiciales.

A continuación están las medidas de las “cuñas” o suplementos de madera que se añadirán en el area triangular de la base de cada aspa (en la sección sombreada).

SuplementoBlade7

De clic para ampliar las imágenes, a la izquierda el área en donde va el suplemento y a la derecha el suplemento de madera de forma piramidal.

Esta porción añadida hará parte del perfil aerodinámico del área sombreada y por tanto debe tallarse para darle continuidad a la pieza. Luego será necesario pulir las superficies y pintarlas o barnizarlas.  Por último sigue el armado del rotor y su acople a la turbina, lo cual será tema para otra entrada.

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Construccion de aspas de madera para turbina eólica (1)

La elaboración de las aspas o alabes es un paso sumamente importante en la construcción molinos de viento o turbinas eólicas. Estos son los componentes que más  sufren estrés mecánico, por lo que  necesariamente deben construirse adecuadamente para evitar su destrucción en condiciones de vientos fuertes.

En el video se observa que con herramientas comunes se pueden fabricar las aspas. Para tallarlas pueden usarse formones, cepillo de carpintero y escofina en lugar del cepillo eléctrico.

Los alabes con ángulo fijo en toda su longitud son más fáciles de elaborar y no se requiere mayor instrucción para acometer su construcción. Aún así, si queremos extraer más energía con el mismo diámetro de rotor lo mejor es un que el ángulo de ataque sea mayor en la base y progresivamente menor hasta llegar a la punta. Trataré entonces de explicar las etapas que involucra la construcción de dicho diseño.

Aspa1

Se parte de un tablón de madera perfectamente cortado y sin nudos (puede ser cedro o una madera resistente y sobre todo, ligera). Se marcan seis secciones de igual longitud; Se delinea la figura básica y se recorta.

Aspa2

Posteriormente se miden y trazan las líneas que delimitan las áreas a conservar en ambos bordes para luego remover la madera y obtener el aspa en bruto.

aspa4

aspa5

Puede observarse que un pedazo del primer segmento fue eliminado. Además, una porción del segundo segmento se conserva inalterada. Precisamente  ahí es donde al final se añadirá una cuña de madera para mejorar el ángulo de ataque y eficiencia del aspa sin haber tenido que utilizar un tablón de madera de mayor tamaño

Solo falta entonces añadir la cuña de la primera sección y modelar las curvas del perfil aerodinámico. En una próxima entrada presentaré más detalles del aspa. Las  tablas de medidas para elaborar esta aspa las pueden ver en la página 10 del documento How to build a Wind Turbine.

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Materiales para construir un alternador casero

Rotor alternadorAnalizando los diseños y técnicas recurrentes en la construcción de alternadores caseros, destacan los alternadores de flujo axial, en los cuales uno o dos discos rotatorios con imánes inducen corriente eléctrica en las bobinas del disco estator. Esto lo hace un diseño práctico que ha sido ampliamente construido con no muchas variaciones.

Revisemos qué materiales son usuales en la fabricación casera de estos alternadores:

Materiales:

  • Imanes: Estos constituirán el disco rotor y deben ser preferiblemente de Neodimio. Aunque costosos, son los más potentes en la actualidad.
  • Alambre de embobinar: El calibre requerido depende de las vueltas a usar por bobina. En general, entre más delgado permitirá más vueltas y generará más voltaje pero menor corriente.
  • Contrachapado de madera (triplay): Usado generalmente como soporte de las bobinas y aún como soporte de los rodamientos
  • Eje de acero: Es el eje del giro del disco rotor
  • Rodamientos o Balineras: Sujetan al eje, permiten que este gire libremente, son adecuadas para soportar altas velocidades de giro sin dañarse.
  • Resina poliéster: Utilizada para impermeabilizar las bobinas y adherirlas al soporte. también para sujetar los imanes e impedir que se desprendan del disco rotor.
  • Partes de metal: Es usual que el soporte de los imanes sea un disco de acero o un disco de freno de automóvil. Pueden haber láminas de hierro haciendo las veces de núcleo del estator. La estructura también puede hacerse de metal al igual que otras partes. Gran parte de este material se obtiene de depósitos de chatarra o de reciclaje.
  • Tornillos, pernos y remaches: Usados para sujetar los diferentes elementos que conforman el alternador.
  • Magnetita: Es un polvo negro que se suele obtener al pasar repetidas veces un imán por tierra suelta. En algunos generadores muy pequeños (<200W) se mezcla con la resina poliéster antes de aplicarla a las bobinas. Así se mejora el campo magnético cuando no se tiene un núcleo de láminas de hierro.

También es posible utilizar otros materiales que no fueron incluidos en la lista anterior, tales como partes plásticas, aluminio, cinta aislante, plexiglás, piñones, clavos, correas y poleas  entre otros.

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Energía eólica casera

Turbina campoExtraer energía del viento en casa es una posibilidad cada vez mas viable donde abunde este recurso durante todo el año. Para este fin se requiere -entre otras cosas-una turbina eólica, un regulador electrónico de voltaje y una o más baterias para almacenar la energia generada. La compra o construcción de una turbina de este tipo resulta tentador, especialmente en las locaciones apartadas en donde no se tiene acceso a la red eléctrica. No obstante, sigue siendo interesante aún si se está conectado a la red eléctrica pero se posee abundante viento.

Los costos representan una importante limitante en la adquisición del aerogenerador, el regulador y las baterias. Por tanto es recomendable ahorrar un buen dinero en el aerogenerador construyendolo usted mismo a partir de materiales locales. Es importante recordar que aunque no se requiere ser un “manitas” si es necesario tener habilidad manual y conocimientos básicos en el uso de herramientas para el trabajo de la madera y metales.

Entre los materiales que se necesitan para construir generadores eólicos caseros están: imanes de Neodimio, que representan el mayor costo; alambre de cobre, chatarra y madera. Estos materiales pueden ser trabajados con el uso de herramientas disponibles para uso doméstico tales como taladro, esmeriladora, escofinas, sierras manuales para madera y metal (ver).  Adicionalmente, dependiendo del modelo podría requerirse los servicios de un torno de metales y soldadura.

Muchos articulos, libros y páginas web tratan este tema a profundidad. Entre lo mas destacado se encuentra la construcción de estos dispositivos a partir de discos de frenos recuperados de cementerios de autos y otros materiales reciclables. Los enlaces al costado ofrecen abundante información al respecto, se los recomiendo.

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