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11/12/2007 #21


Hola, antes que nada, estudié electrónica y hace ya varios años que estudio temas relacionados con las energías alternativas (incluida la energía eólica y los aerogeneradores). Me agrada ver que exiten estos hilos de energía eólica en un foro de electrónica. Espero poder ayudar lo suficiente. Comenzamos:

Antes que nada hay que entender aspectos relacionados con la física básica, resolverse preguntas como qué es la energía y la disponibilidad de ésta. La energía eólica es en sí la energía cinética de un fluido (en este caso el aire), nunca podremos obtener más energía de la que exista disponible en un determinado instante sobre una corriente de aire. Un aerogenerador es un aparato que se contrapodrá a una corriente de viento, pero hay que tener en cuenta que el tamaño del aerogenerador influirá exponencialmente en la cantidad de energía que se podrá captar y es peligroso sobre dimensionar un sistema casero. Para hacer más simple el entendimiento del tema les comento que para ejemplo sólo hablaremos de sistemas eólicos de eje horizontal (debido a que son los más comunes, más eficientes por el momento), ya que hablar de los diferentes tipos que existen en eje vertical es muy complicado inicialmente.

Si se tiene un aerogenerador de eje horizontal hay que considerar que el área que captará el viento de frente será el "área de barrido de las palas (m²)", esta área será circular obviamente. El área de barrido es un dato importante para el cálculo de la energía que se puede captar y sobre todo para asegurar una instalación robusta para evitar su destrucción por vientos medianos o fuertes.

Para continuar con los análisis, hay que considerar también la densidad del aire (kg/m³) y la velocidad del viento (m/s). Tengo una serie de fórmulas, pero no estan a la mano. Cuando las encuentre las "posteo" para que puedan hacer sus propias consideraciones.

De entrada mantener una velocidad constante en un aerogenerador pequeño o mediano no vale la pena, sería mejor adaptar de alguna forma el flujo eléctrico variable de otra forma hasta la etapa de utilización. Regular la velocidad de un aerogenerador pequeño representa una gran serie de pérdidas energéticas y encarecimeinto innecesario del sistema.

La cuestión de las baterías (acumuladores en realidad), es algo muy discutido entre las personas que se dedican al estudio de las energías alternativas debido a que representa pérdidas considerables. He de mencionar que en un proceso energético como lo es un aerogenerador funcionando, cada etapa de transformadorrmación representa una pérdida de la energía total captada inicialmente por el sistema. En otras palabras, al exponer un aerogenerador al viento puede existir una corriente que proporcione un kW cinético directamente sobre las palas, pero las palas no podrían extraer la totalidad de la energía cinética del viento. Existe una ley sustentada en fórmulas matemáticas llamada la "Ley de Betz". Son las fórmulas que me ayudaron a estudiar al tema, como menciona antes luego se las proporciono. La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.

Después hay que considerar que una vez transformadorrmada la energía cinética en mecánica se transmite el movimiento a un generador eléctrico, los cuales suelen tener entre un 85% - 95% de eficiencia, existen generadores de hasta un 98% de eficiencia no son comunes debido a la rareza de sus materiales de construcción y a la precisión de los componentes mecánicos y eléctricos.

Una vez disponible la energía eléctrica en las terminales de salida del generador, existe la opción de cargar acumuladores o utilizar directamente la energía disponible en ese instante sobre algún proceso que no sea exigente con los cambios de corriente/voltaje. Esta transformadorrmación de la energía a través del aparato a alimentar ya tiene en sí su propia pérdida debido a la eficiencia con que el aparato utiliza la energía. Si se decide cargar acumuladores, se está anexando una etapa más al sistema, los acumuladores suelen tener un 80% o 90% de eficiencia en la carga/descarga, dependiendo de las características, la calidad y la "edad" de cada acumulador. Sin embargo, a través de los acumuladores se evitan los riegos de exponer equipos eléctrico y electrónicos a las variaciones impredecibles del viento.

Entonces, finalmente queda así:

Energía Cinética del viento o energía primaria = (0.59 ideal)(0.95)(0.80 si hay acumuladores)(eficiencia del equipo a alimentar) = eficiencia total del sistema de energía eólica.

Supongamos entonces que tenemos 1000W de energía cinética en las palas y alimentamos un motor eléctrico con una eficiencia del 85%, como por ejemplo un compresor, el resultado sería:

Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85) = 476,425W
y si se cargaron acumuladores antes:
Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85)(0.85) = 404.96W de energía mécanica en el rotor del motor.

Hablando finalmente de la electrónica de control y potencia que se requiere típicamente para aprovechar aerogeneradores, generalmente se utilizan controladores de carga para los acumuladores y después de los acumuladores reguladores de voltaje e inversores (convertidores CD-CA) para obtener energía adecuada para los aparatos convencionales alimentas por la corriente de línea. A estas etapas tambien hay que considerarlas para calcular las pérdidas.

Si gustan puedo seguir explicando más adelante... por el momento ya me cansé un poco... si desean saber algunas cosas más sólo contesten el foro.

Saludos... y suerte con los proyectos.
11/12/2007 #22
Moderador general

Avatar de Fogonazo

mockba: Muy interesantes tus comentarios !

Esperemos que la idea de la construccion siga adelante

Saludos
11/12/2007 #23


Hola, yo de nuevo... no escribiré por el momento más detalles extensos sobre las fórmulas o sobre más consideraciones, es porque estoy de salida... leyendo el desarrollo del foro me topé sobre las consideraciones que hace Fogonazo respecto a los imanes. Yo personalmente cuando trabajo con imanes y requiero de buenos campos magnéticos utilizo imanes de neodimio o tierras raras. Los recomiendo. Una buena muestra de éste tipo de imanes puede ser obtenida de viejos discos duros. Los discos duros tienen uno o a veces dos de éstos imanes en la parte de deflexión mangética de la aguja lectora. Tienen forma de fracción de dona. Muy potentes, aunque pequeños para su uso en un generador serio de tamaño considerable.

Como bien menciona Fogonazo, es un robo comprarlos, generalemente se compran por miles... es raro que alguien los venda al menudeo. Existen sitios en internet que ofresen servicios de "imanes a la medida", pero es muy caro.

Por otro lado, no lo he corroborado, pero creo que ya existen muchos modelos de dínamos de motocicleta que tienen 2 y hasta 4 imanes de neodimio (dependiendo de los polos), muy potentes. No sé si los puedas obtener de algún dehuesadero de motos... dejen pregunto. Creo que puedo investigar con alguien que conozco. Estos imanes son para el próposito de generar electricidad y creo que podrían hacer un buen papel montados en un aerogenerador artesanal.

Saludos...
11/12/2007 #24
Moderador general

Avatar de Fogonazo

Sera que vivimos en un país del cuarto mundo que por estos lados se consiguen, lo que no quita que el precio siga siendo un ROBO
Respecto a los discos rígidos, hace un año comencé a juntar imanes de estos, pero mi colección aun es muy chica.

Una alternativa al generador es reformar un alternador de automóvil, se reemplaza el campo giratorio por estos imanes y se consigue un rendimiento relativamente bueno, el problema es que necesitan cierta multiplicación para lograr mayor velocidad.

Saludos
11/12/2007 #25


Bueno, parece que ya no tendré que escribir directamente toda la explicación de algunas fómulas fundamentales y básicas a través de las que se puede estudiar suficientemente la disponibilida de la energía eólica. Encontré una página web entre mis viejos links que tengo guardados, es una página muy útil para comprender de forma más o menos básica el tema. Para mi gusto ofrece una vuena información que hay que comprender bien para tener las ideas un poco más claras.

Para los que ya no se acuerden de las definiciones de la física de bachillerato como lo que es la energía (Calorías o Joules/julios y Watts), les recomiendo repasar. Es muy importante tener una idea clara del concepto de potencia y diferenciarla muy bien de fuerza y trabajo.

http://www.windpower.org/es/tour/wres/index.htm

Espero que les sea de utilidad... más adelante podemos intercambiar ideas sobre las configuraciones del generador eléctrico y sobre la electrónica de control y potencia.

Saludos...
11/12/2007 #26


has pensado en motores de paso viejos como dinamo?
en esencia, son dinamos..
suerte"""
12/12/2007 #27


Yo sí he pensado en utilizar motores que en su estructura llevan imánes permanentes, como los motores a pasos o los motores de cc de impresonas y fotocopiadoras. El problema es que se trata de motores muy pequeños que podrían generar una cantidad de energía eléctrica muy pequeña, incluso llevándolos hasta sus límites mecánicos y estructurales. Por ejemplo, si se hace rotar a través de unas palas la flecha de un motor a pasos estas palas no podrían ser de un tamaño superior al necesario para captar la energía eólica máxima que ese motor específico pudiera transformar sin problemas en electricidad alimentando una carga. Si se sobrepasa ese tamaño, lo más factible es que la energía eólica que es captada se transformadorrme en energía mecánica suficientemente destructiva para el motor, si no es ya bien lo que cause su destrucción física, bien podría ser que se genere más corriente eléctrica de la que soporte el enbobinado.

Un indicador claro de ésto se encuentra en las carcateríticas del motor, por ejemplo, si un motor a pasos es a 12V - 500mA, utilizas la misma fórmula de siempre para calcular la potencia eléctrica. P=I*V y te darás cuenta de que lo más que podrías generar con ese motor son 6W a su máxima potencia. Talvés podrías generar un poco más de 6W, pero eso ya estaría rebasando los límites máximos seguros del embobinado del motor (que en este caso se usaría como generador). Para ésto debes colocar en la flecha del motor, como ya mencioné antes, un juego de palas calculadas para 6W a velocidades de viento nominales. Lo mismo para cualquier motor a imánes utilizado como generador.

Por ello, lo mejor es tratar de buscar algún generador o alternador al cual puedan adaptársele imánes. Vuelvo a comentar, que los dínamos de las motocicletas son prometedores, éstos ya son de imánes, por eso son dínamos.

Saludos...
12/12/2007 #28


ENERGIA EOLICA
Me gustaria hacer un aporte referente a este tema, aunque muchos puntos ya se han tratado, pero al menos pienso que en algo puede servir algunos puntos de vista mios.

Si el aerogenerador en su estructura básicamente esta sujeto a la rotación de unas palas con la acción del viento, esto no termina siendo muy simple...por que?

El aerogenerador cuyo costo es significativo en función de las condiciones de operación, basicamente, tiene que ser rentable, y que al final la energia anual generada sea aproximadamente la estimada caso contrario tendriamos una maquina que solo trabajaria en momentos de mucho viento, o la potencia de generacion no seria relacionada con las caracteristicas de potencia que el rotor puede desarrollar........DINERO PERDIDO

Referente a la construcción, este tendria que ser diseñado para una velocidad media anual en m/s. ,( media de por lo menos de 5 años atras ) la producción de energia en Kw-h durante el año y si existe una necesidad de evaluar costos entonces calcular el valor de esa energia en función de la depreciación de la maquina y el costo de operación...etc..etc..

Sabiendo la potencia que se necesita para el aerogenerador entonces se procedera a diseñar las palas o aspas...el diseño por lo general obedece a una norma NACA, segun la potencia que resulta de una formula aproximada ...Kw = 0,25*d2*v3
d2 = diametro del rotor en metros ..elevado al cuadrado
v3 = velocidad en metros/seg..elevado al cubo

teniendo el valor del diametro se tendra que escoger de cuantas palas va a ser el rotor, generalmente 3, pudiendo ser 2 ,o 1 y segun el perfil de la pala se escogera la velocidad tipica, esta velocidad tipica determinara los rpm del rotor, y teniendo estos valores entonces se calcula el diametro del arbol del rotor (comunmente llamado eje)...y despues en relación a la velocidad del generador se escogera el multiplicador, el generador podra ser de CD, SINCRONICO CA , O UN GENERADOR ASINCRONICO diseñado segun necesidad.
Tendra que verse la parte electrica de generacion control y distribucion, y especialmente el control de angulo de ataque de las palas que no solo seria para el control de velocidad si no tambien para trabajar en bajas velocidades de viento, y para mejora del torque de arranque, este sera controlado por un sistema auxiliar de control externo del viento...

Bueno paro por alli, hay muchisimo que hablar mas que todo tratandose de aerogeneradores de gran porte ...al menos trate de dar una idea ok

Carlos Alberto Brasil
30/11/2008 #29


Hola amigos!

Primero post en esta comunidad y espero serles util asi como me sea util a mi.
El problema del generador eolico es mas mécanico que electronico, la parte mas complicada es (y ahi es donde entra la electronica) mantener la potencia transmitida constante. Se que se puede usar un generador y luego ponerle un variador de frecuencia controlado por la velocidad de giro del rotor para conseguir que la potencia de salida sea siempre la misma.
Un proyecto que tengo para la facuiltad es fabricar un generador eolico de 3MW (seria un generador grande, no de los mas grandes pero hablamos de unos 50m de radio de palas). La parte mecánica esta hecha, si alguno tiene dudas no dude en consultarme y tratare de contestar con lo que pueda. La forma de extraer energia del viento más usada (y la de mayor rendimiento) es la de desviar una corriente de aire. El rendimiento máximo que se puede obtener por este método es del 59% en lo que al viento respecta, las formulas dadas por NACA sirven de guia pero son sacadsa de reglas empiricas y ya han sido superadas. Mi recomendacion para los perfiles es entrar a la página de la NASA (anteriormente NACA) y buscar perfiles armados con arcos de parábola que se pueden fabricar facil (son los perfiles que usan la mayoria, no del máximo rendimiento). Los medio-tubos de 200 lts tienen un rendimiento muy bajo porque se basan en la viscosidad del aire que es muy baja.
Por mi parte necesitaria saber como hacer un variador de frecuencia para mantener la potencia constante a la salida, cualquiera sea la velocidad de giro del rotor de la turbina.
30/11/2008 #30

Avatar de Eduardo

Samsagax dijo:
... la parte mas complicada es (y ahi es donde entra la electronica) mantener la potencia transmitida constante. Se que se puede usar un generador y luego ponerle un variador de frecuencia controlado por la velocidad de giro del rotor para conseguir que la potencia de salida sea siempre la misma.
La potencia de salida nunca podra ser constante porque dependes de cuanto viento haya en ese momento. Si esta todo bien dimensionado, el generador deberia entregar su potencia nominal con vientos cercanos a la media anual. Si hay poco viento... --> no podes crear energia.

...Por mi parte necesitaria saber como hacer un variador de frecuencia para mantener la potencia constante a la salida, cualquiera sea la velocidad de giro del rotor de la turbina.
Esos generadores no trabajan a cualquier numero de revoluciones . Actuando sobre el paso de las aspas y la caja (buena caja! ~4000HP en el eje) se lo mantiene en valores cercanos a los nominales.
En cuanto al control de la energia entregada a linea, eso depende del tipo de generador, si es sincronico o asincronico, si es rotor bobinado, la cantidad de polos...

De cualquier manera, control+instalacion (la que sea) para un generador de 3MW no es nada barato ni es algo que pueda fabricarse estilo 'receta de cocina'. Vas a tener que caer forzosamente en una persona/empresa que se dedique a eso y probablemente te cobre control+instalacion algunas decenas de miles de U$S.


Si queres leer algo sobre esto, hay un libro de unos daneses: "Conceptual survey of generators and power electronics for wind turbines", que por lo menos te va a ayudar a ver para donde apuntar con el tipo de generador y control.
Es un pdf de unos 3Mb, si te interesa te lo mando por mail.
30/11/2008 #31


Gracias por al respuesta!

No se si nos entendimos bien. Se que la potencia no puede bajo ningun concepto mantenerse constante si el viento en nulo. Siempre hay condiciones mínimas donde el emplazamiento de la turbina es crucial. Actualmente el mayor corredor de viento de la argentina se encuentra al oeste de Comodoro Rivadavia con vientos medos de 11,2 m/s (es muchisimo teniendo en cuenta que la potencia que uno puede sacar del viento va con el cubo de la velocidad del viento). Las velocidades son unas de las mas grandes que hay en el mundo (tanto que es de poco interes)
Hasta donde tengo entendido hay turbinas que giran las palas para mantener la potencia constante (actuando sobre el momento torsor en el eje del rotor a velocidad constante) y otras que no mueven las palas, sino que usan algun variador de frecuencia para poder operar a diferentes velocidades angulares del rotor.
Mi idea (a pequeña o gran escala lo unico que lo limita es el modo de fabricacion y la relacion costo/beneficio involucrada) es usar alguna combinacion de ambas. El problema con el que me enfrentoq ue no puedo solucionar es el tema de mantener la frecuencia a la salida del generador variando las velocidades de giro del rotor (no se si se entiende? :S). Apunto a algo que me solucione el tema de la maquina electrica y (si se necesita) algun sistema de control electronico para que la frecuencia ni el voltaje pico no se vayan de rango.
Este generador en aprticular es muy grande e involucra muchos calculos, por el momento me interesa saber si lo que pienso es posible, de todas formas me interesa el pdf que me mencionas si podes colgarlo aca mejor.

Muchas gracias
30/11/2008 #32

Avatar de Eduardo

El libro es una referencia de los metodos utilizados con sus caracteristicas. Pongo un enlace en rapidshare
http://rapidshare.com/files/16903368...d_Turbines.pdf
Sinceramente no se si este este libro es de dominio publico o no (diria que no), por eso te dije de mandarlo por mail. Que disponga el moderador si corresponde borrar el enlace.
30/11/2008 #33


Muchas gracias, voy a ojearlo un poco para saber que tanto me falta de conocimiento. La parte de aerodinamica ya la tengo resuelta con buenos resultados.
27/12/2008 #34


gente, por aca encontré algo muy interesante, dada su facilidad de construcción. Se trata mucho el tema de las palas, pero eso yo lo dejaría para el final. Hay una foto de un sistema hecho con tachos de 200lts cortados en media caña (como ya comentaron en este hilo). Para este generador se usaron imanes de parlantes... si no leí mal, no se dan los datos de las bobinas (alambre, dimensiones y vueltas). http://www.galeon.com/aerogeneradorscratch/inicio.htm

saludos,
05/04/2009 #35


muchachos buenas noches estoy en tercer semestre de la universidad y estamos haciendo un robot seguidor de linea, pero el profesor nos dije que utilizaramos energias renovables o limpias como la heolica nose si ustedes me puedan ayudar a cosntruir uno o algo asi como por ejemplo para que me alimenten el circuito del robot que es de 9Vdc.

Gracias por su ayuda.
28/04/2009 #36

Avatar de hipatetik

Hola, estoy buscando hacer un cargador de baterias de 12V eólico. La idea es cargar una bateria con unos 5A y que a la vez esa bateria alimente un inversor de potencia (hasta unos 500W aprox) Busque por el foro pero no encuentro nada consistente. Saben de alguien que ya haya hecho esto o alguna referencia? Gracias. a
28/04/2009 #38


excelente video
08/05/2009 #39

Avatar de alexus

me interesa el tema, no tengo posibilidad de conseguir imanes, me gustaria hacerle con algun motor, alternador de auto, etc.. esperoi alguna sugerencia! desde ya gracias!
08/05/2009 #40
Moderador

Avatar de Dano

Lo puedes hacer con un alternador de auto y un regulador de corriente DIY. Lo unico que tienes que diseñar son unas buenas paletas, cuando me refiero a buenas digo que esten bien calculadas. Aunque tampoco es algo critico, simplemente es si quieres mas rendimiento. Ahhh si y que esten balanceadas bien balancedas, sino el molino empieza a vibrar y algo se va a romper de seguro.

Saludos
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