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Pico-Central hidroeléctrica casera

Aprovechar la energía hidráulica no debería ser complicado. Sam Redfield ha diseñado un pequeño generador hidroeléctrico de bajo costo que puede construirse casi completamente a partir de PVC y plástico. Utiliza un  alternador de imanes permanentes como generador eléctrico y un balde plástico de 5 galones (19 litros) como cubierta del aparato.

Turbina en funcionamiento. Imagen: AIDG Leer el resto de esta entrada »

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Motores Stirling

Los motores stirling son máquinas que utilizan calor de origen externo para generar potencia mecánica. Funcionan debido a la expansión y contracción del gas interno (p.e. aire) al calentarse y enfriarse, haciendo que el pistón se mueva. Para esto, el gas es forzado a desplazarse del sector frío al sector caliente y viceversa obteniéndose un ciclo continuo de expansión y contracción.

En el video se observa un motor stirling motor stirling de un solo cilindro (tipo beta- rhombic), el cual es uno de los tres tipos básicos (alfa, beta y gamma). No es fácil de construir ya que el desplazador del gas y el pistón están en un mismo cilindro. Los modelos gamma son mucho más fáciles de construir. De hecho, muchas personas han construidos sus propios modelos de motor stirling de reducido tamaño.

He aquí una animación tomada de la Wikipedia que deja bastante claro el funcionamiento de un motor stirling tipo beta.

MotorStirling-AnimacionLos motores stirling son versátiles. Pueden aprovechar diferentes fuentes energéticas como la biomasa, el biogás y todo tipo de combustibles; también el calor procedente de concentradores solares, del subsuelo e incluso de energía nuclear. Esta flexibilidad los hace adecuados para ser utilizados en sitios aislados donde escasean la energía y los combustibles convencionales.

Los motores stirling son considerablemente más eficientes que sus contrapartes de combustión interna. El rendimiento  por unidad de combustible es mayor que en los motores de combustión interna. Sin embargo, la potencia de esto últimos es mayor por unidad de peso, es decir que los motores stirling son más pesados y voluminosos.

Adicionalmente los stirling no pueden arrancar en frío, ya que tienen que esperar varios segundos hasta que se caliente. Esta es una característica que influye enormemente en la poca difusión que ha tenido este motor en las industrias que requieren “respuesta al instante”. Por otra parte existen diferentes sectores que actualmente utilizan esta tecnología por su eficiencia, ese es el caso de los concentradores solares para generar electricidad o el de los submarinos (flota sueca).

Con toda seguridad es posible y hasta recomendable el  uso de esta tecnología para generar fuerza mecánica y energía eléctrica en viviendas y granjas autosostenibles. A pesar de sus ventajas, actualmente es difícil encontrar compañías que vendan este tipo de motores para uso público (dependiendo del país). No obstante, para los que poseen la habilidad o el conocimiento técnico, está la posibilidad de construir uno lo suficientemente grande y potente para usos prácticos.

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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.

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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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