Un ejemplo de los experimentos que los amigos de otherpower.com publican en su completísima web. Se trata de adaptar un alternador diseñado para funcionar en una turbina eólica -como el que se describe en el libro de Hugh Piggot “Auto-Construcción de Generadores eólicos”–  cambiando la hélice por una rueda accionada por la fuerza de una corriente de agua.
Si bien el rendimiento es menor, debido al rozamiento, la corriente de agua en un lugar apropiado produce energía constante, y además se convierte en una buena alternativa en aquellos lugares donde no podamos disponer de un viento aprovechable.



Turbina hidroeléctrica auto-construida

Presa

La imagen de arriba es la presa de nuestro vecino Scott. Nuestro objetivo es construir una pequeña planta hidroeléctrica. En el pasado había una máquina que había construido a partir de un extractor de humos, unido por una correa a un motor de corriente contínua. Se produjo una corriente de 1 amperio aproximadamente y estuvo en funcionamiento todo el año durante 2 años.  Proporcionó la mayor parte de su electricidad durante ese tiempo, más que suficiente para un par de luces y una radio.

Scott atendió a uno de nuestros cursos de construcción de un aerogenerador, y pensamos que si construyéramos un alternador similar para la planta hidroeléctrica, podríamos obtener mucho más rendimiento de esta presa.

Partes de metal

Comenzamos con trozos de chapa y ángulo de hierro.  El alternador se construyó a partir de dos discos de freno de 11 pulgadas de diámetro (que creo que los sacamos de un Dodge, pero no estoy seguro), y el eje / cubo de la rueda también… probablemente de un Dodge, pero no estaban seguros, ya que estaban en un taller cogiendo polvo desde hacía tiempo.

Cuarto del conducto de acero

Las paletas en la rueda se hacen a partir de un tubo metálico de 4 pulgadas cortado en cuartos a lo largo.

Los lados de la rueda, de 12 ” de diámetro. Hicimos una plantilla que ayudó a sentar los agujeros para encajar la rueda al cubo al cubo/rodamiento ( 5 tornillos ) y el diseño de la posición exacta, y el ángulo de las paletas. La idea era hacer  una turbina “Banki”, algo parecido a un extractor de humos. En la turbina Banki, si uno la mira de lado, el agua debe entrar algo por debajo de la parte superior ( alrededor de diez en punto de la esfera de un reloj ) , pase por el centro de la rueda, y salir en la parte inferior ( alrededor de las cinco en punto ), por lo que el agua realmente golpea las aspas dos veces. Vimos un montón de fotos que nos ayudaron a decidir el ancho y el ángulo de la paletas.  La imagen de arriba muestra cómo se han punzonado todos los lugares para los bordes de las aletas, y los agujeros que se montará ela rueda con el alternador. La rueda tiene 16 paletas.

Perforar discos

La plantilla está pegada a uno de los discos que forman los lados de la rueda y tenemos dos discos sujetos el uno al otro. La imagen de arriba podemos perforar pequeños agujeros que nos ayudará a saber exactamente dónde colocar las paletas.

Montar rueda

Separamos los dos lados de la rueda a 10 pulgadas de distancia con varilla roscada, y lo escuadramos lo mejor que pudimos antes de instalar las paletas. Se pueden ver algunos de los agujeros que perforamos para ayudar a posicionar las paletas.

Soldar la rueda

Aquí, estamos soldando la rueda. Es importante tener en cuenta que las palas son de tubo de acero galvanizado. Tuvimos que eliminar toda los galvanización ( zinc ) de los bordes antes de soldar, ya que la soldadura de metal galvanizado produce gases tóxicos, por lo que tratamos de ser cuidadosos al respecto.

La rueda terminada

En la imagen de arriba la rueda está casi terminada Vamos a añadir un poco de soldadura más tarde. No hemos mostrado esto todavía (lo veremos más alelante), pero uno de los lados de la rueda (el lado opuesto del alternador ) tiene un agujero de 4 ” de diámetro en en el centro, para facilitar el roscado de las tuercas que la sujetarán al alternador,  y también la limpieza de objetos que podrían quedarse atrapados en la rueda.

La boca de entrada será del mismo ancho (10 ” ) que el corredor y en su salidatiene una altura de una pulgada. Esto da más o menos la misma área en la salida que en la tubería de 4 ” por donde entra el agua.  En la foto de arriba estamos doblando la hoja de metal que lo compone la boca de entrada.

El marco terminado

En la imagen de arriba está empezando a tomar forma. Hemos montado la rueda al cubo, y básicamente  está montado todo salvo el alternador. Todo aquí se puede ajustar. Podemos mover la boca de entrada, a los lados, arriba y abajo. La rueda ( y el alternador ) puede moverse hacia atrás, y hacia adelante.

Hemos hecho las conexiones en el estator y está listo para la el moldeado. Cada bobina tiene 125 vueltas de alambre  AWG# 17. Cada fase tiene tres bobinas en serie, y vamos a estar llevando a cabo 6 cables, de modo que podemos elegir entre las configuraciones en estrellas, o en delta.

El estator terminado

La imagen de arriba es cómo queda el estator tras el moldeado. Es de 14 ” de diámetro y 1 / 2 “de espesor… que salió muy bien.

Plantilla para imanes

Hice una plantilla de contrachapado para hacer la colocación de los imanes sobre los rotores de freno de mano. La imagen de arriba es la plantilla, y un rotor.

Rotor de imanes

La imagen de arriba tenemos los imanes colocados, y la plantilla en su lugar. Los imanes son de 1 ” x 2 “x 1.2 ” de espesor, hay 12 en cada rotor. Esta parte de la máquina es casi idéntica a la del alternador que se describe en el libro de Hugh Piggott “Auto Construcción de Generadores Eólicos”.

Rotores de imanes

Se utilizó la resina de poliéster de fibra de vidrio tanto en el estator como en los rotores. Aquí la resina se estaba secando, dando fin a la creación de los rotores.

El alternador terminado

En la foto, la máquina casi terminada con la rueda montada en el alternador.

La turbina sin pintar

Aquí está una foto de la otra parte. Hay dos puentes rectificadores detrás de la cubierta de aluminio para rectificar la corriente alterna de 3 fases en corriente directa. El medidor tiene una escala de 6 amperios. En este punto, con el espacio de aire entre el los rotores tan corto como sea posible, produce 12,5 voltios de corriente contínua a 38 rpm. El imán del rotor trasero tiene 3 tornillos de elevación para que podamos ajustar el espacio de aire, y permitir que el alternador para correr más rápido si es necesario, con la esperanza de igualar la velocidad del alternador a la velocidad óptima de la rueda.

Limpiar, dar imprimación y pintar la máquina.

De vuelta al trabajo. Pasamos cerca de 2 horas quitando el óxico, dándole imprimación y pintura. Probablemente no sea necesario, pero hace que se vea bonito, algo que es especialmente importante si no funciona… 🙂

La turbina pintada

¡Aquí está todo pintado! Tenemos la intención de poner un  cubrimiento sobre el alternador que gire con él para mantener el agua fuera del rodamiento y de los componentes eléctricos. No conseguimos encontrar una pieza que se adaptara a este propósito, y por eso dejamos de buscar, pero si el generador funciona bien, lo añadiremos para hacer que dure más tiempo y así justificar el esfuerzo.

La turbina pintada otro lado

Otra foto del mismo ensamblado. No se había instalado la boca de entrada del agua todavía.

Presa donde instalaremos el generador

En la imagen de arriba puedes ver donde tenemos la intención de ponerlo. La tubería de 4 ” viene de la parte inferior de la presa, un metro bajo el nivel del agua en la presa. Lo hemos hecho de modo que no afecte a la vida salvaje. Sólo estamos recogiendo una pequeña porción del agua del riachuelo. Más arriba de la presa hay una pequeña isla que divide el curso en dos partes. Parte de ella alimenta la presa, el resto fluye por otro lado para no interrumpir el arroyo… los peces pueden campar a sus anchas, y si el arroyo tiene una crecida no afectará a nuestro generador.

La turbina vieja

Esta es la vieja máquina de Scott, que duró dos años, incluso durante el invierno. Proporcionó una corriente constante de 1 A (a 12 W ) más o menos. Es un ventilador/extractor de jaula de ardilla, correa de transmisión hasta un motor  DC de unidad de cinta Ametek. Para obtener una corriente constante, la tensión de la banda era muy crítica y requería ajustes frecuentes. Pero sin embargo, fue un buen generador. Esperemos que el nuevo lo mejore considerablemente.

Montar la turbina

Aquí tenemos la máquina en el lugar, mientras hacemos los ajustes. Al final, conseguimos los mejores resultados haciendo que el agua entre en contacto con la rueda hacia “las diez en punto”, viendo que la mayor parte del agua parece salir alrededor de las cinco.

La turbina funcionando

Aquí se está consiguiendo medir cerca de 2 amperios ( 1.9 amperios para ser exactos ). Esperábamos por lo menos 2..  pero después de un montón de ajustes, simplemente, no pudo pasar de 1,9. Es complicado de ajustar.

Cada cambio consistió en cambiar la posición de la boca de entrada. Otros ajustes tratan el espacio de aire en el alternador, y de cambiar el cableado de estrella a triángulo (delta). Yo creo que hay una mayor eficiencia en el de Estrella… se produce algo más de potencia en las revoluciones por minuto en estrella que con un espacio de aire menor con el cableado en Delta. ( el espacio de aire es la distancia entre los rotores y al hacerlo mayor se reduce el flujo a través de las bobinas, lo que permite al alternador girar más rápido ) Lo dejamos en estrella, con un espacio de aire de alrededor de 1,25 pulgadas ( ¡Una distancia muy amplia! ).

Por lo tanto, se podría hacer a un costo más bajo con imanes más pequeños, y un espacio de aire más estrecho, o… podría ser un poco más eficiente con los mismos imanes, un espacio de aire más estrecho, y las bobinas formadas por menos vueltas de un alambre más grueso. Es posible que hagamos este cambio un día de estos.

Tal y como está, gira sin carga a aproximadamente 160 rpm, y con carga a alrededor de 110, produciendo 1,9 amperios a 12 voltios.

La turbina funcionando

Bueno, fue muy divertido y parece que funciona razonablemente bien. Necesitamos algo que cubra el alternador para mantenerlo seco y una rejilla para filtrar el agua que entra por la boca. Uno de los problemas en los que nunca pensamos es que ¡el arroyo se llena de arena con magnetita! Incluso después de un par de horas pude ver un pequeño montoncito junto a los imanes. Podríamos solucionarlo con un filtro para la arena y unos cuantos imanes en la entrada del agua antes de que llegue a la rueda. Una cubierta sobre el alternador también serviría así para mantenerlo aislado del agua.

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