Cómo construir las palas de un generador eólico de forma casera: ejemplos de fabricación autónoma de palas para aerogenerador

El uso de fuentes de energía alternativa es una de las principales tendencias de nuestro tiempo. La energía eólica limpia y accesible puede convertirse en electricidad incluso en su hogar, si construye un molino de viento y lo conecta a un generador.

Se pueden construir las palas para un aerogenerador por usted mismo con materiales comunes, sin utilizar equipo especial. Le contaremos qué forma de pala es más eficiente y le ayudaremos a elegir el plano adecuado para una central eólica.

¿Cómo funciona un aerogenerador simple?

Un aerogenerador es un dispositivo que permite convertir la energía eólica en electricidad.

Su principio de funcionamiento consiste en que el viento hace girar las palas, poniendo en movimiento un eje, a través del cual la rotación llega al generador mediante un reductor que aumenta la velocidad.

El funcionamiento de una central eólica se evalúa mediante el KIEV – coeficiente de utilización de la energía eólica. Cuando la rueda eólica gira rápidamente, interactúa con una mayor cantidad de viento y, por lo tanto, extrae una mayor cantidad de energía de él.

Existen dos tipos principales de generadores eólicos:

• verticales;
• horizontales.

Los modelos orientados verticalmente están construidos de modo que el eje de la hélice esté perpendicular al suelo. De esta manera, cualquier movimiento de las masas de aire, independientemente de la dirección, pone la estructura en movimiento.

Esta versatilidad es una ventaja de este tipo de molinos de viento, pero pierden frente a los modelos horizontales en rendimiento y eficiencia operativa.

El aerogenerador horizontal se asemeja a una veleta. Para que las palas giren, la estructura debe girarse hacia el lado correcto, dependiendo de la dirección del viento.

Para controlar y detectar los cambios en la dirección del viento, se instalan dispositivos especiales. La eficiencia con esta disposición del rotor es significativamente mayor que con la orientación vertical. En uso doméstico, es más racional utilizar aerogeneradores de este tipo.

¿Cuál es la forma óptima de la pala?

Uno de los elementos principales del aerogenerador es el conjunto de palas.

Existen una serie de factores relacionados con estas piezas que inciden en la eficiencia del aerogenerador:

• peso;
• tamaño;
• forma;
• material;
• cantidad.

Si ha decidido diseñar las palas para un aerogenerador casero, debe tener en cuenta todos estos parámetros. Algunos creen que cuantas más aspas tenga el rotor del generador, más energía eólica se puede obtener. En otras palabras, cuanto más, mejor.

Sin embargo, esto no es así en absoluto. Cada pieza individual se mueve superando la resistencia del aire. Así, un gran número de palas en el rotor requiere una mayor fuerza del viento para realizar una revolución.

Además, demasiadas aspas anchas pueden causar la formación de la llamada «capa de aire» frente al rotor, cuando el flujo de aire no pasa a través del aerogenerador, sino que lo rodea.

La forma es muy importante. De ella depende la velocidad de rotación del rotor. Una mala aerodinámica provoca la formación de vórtices que frenan la rueda eólica.

El más eficiente es el aerogenerador de una sola pala. Pero construirlo y equilibrarlo con sus propias manos es muy difícil. La estructura resulta poco fiable, aunque con un alto coeficiente de eficiencia. Según la experiencia de muchos usuarios y fabricantes de aerogeneradores, el modelo más óptimo es el de tres palas.

El peso de la pala depende de su tamaño y del material del que esté fabricada. El tamaño debe seleccionarse cuidadosamente, guiándose por las fórmulas de cálculo. Es mejor tratar los bordes de modo que un lado tenga un redondeo y el lado opuesto sea afilado.

Una forma de pala correctamente seleccionada para el aerogenerador es la base de su buen funcionamiento.

Para la fabricación casera, son adecuadas las siguientes opciones:

• tipo vela;
• tipo hélice.

Las aspas de tipo vela son simples tiras anchas, como en un molino de viento. Este modelo es el más obvio y sencillo de fabricar. Sin embargo, su eficiencia es tan baja que esta forma prácticamente no se utiliza en los aerogeneradores modernos. El coeficiente de rendimiento en este caso es de aproximadamente el 10-12%.

Una forma mucho más eficaz son las aspas de perfil alado. Aquí se aplican los principios de la aerodinámica, que elevan enormes aviones. Una hélice de esta forma se pone en movimiento más fácilmente y gira más rápido. El flujo de aire reduce significativamente la resistencia que encuentra el aerogenerador en su camino.

El perfil correcto debe parecerse al ala de un avión. Por un lado, el aspa tiene un engrosamiento, y por el otro, una pendiente suave. Las masas de aire fluyen alrededor de una pieza de esta forma de manera muy suave.

La eficiencia de este modelo alcanza el 30-35%. La buena noticia es que se puede construir un aspa alada con sus propias manos y con un mínimo de herramientas. Todos los cálculos y planos básicos se pueden adaptar fácilmente a su aerogenerador y disfrutar de energía eólica gratuita y limpia sin limitaciones.

¿Con qué materiales se fabrican las palas en el hogar?

Los materiales que sirven para construir un aerogenerador son, ante todo, el plástico, los metales ligeros, la madera y una solución moderna: la fibra de vidrio. La cuestión principal es cuánto trabajo y tiempo está dispuesto a dedicar a la fabricación del aerogenerador.

Tuberías de PVC de alcantarillado

El material más popular y ampliamente utilizado para fabricar aspas de plástico para un aerogenerador es el tubo de PVC de alcantarillado común. Para la mayoría de los generadores domésticos con un diámetro de hélice de hasta 2 m, basta con un tubo de 160 mm.

Entre las ventajas de este método se incluyen:

• precio bajo;
• disponibilidad en cualquier región;
• facilidad de trabajo;
• gran cantidad de esquemas y planos en internet, amplia experiencia de uso.

Los tubos son de diferentes tipos. Esto no solo lo saben quienes fabrican aerogeneradores caseros, sino también todos los que han tenido que instalar alcantarillado o tuberías de agua. Se diferencian en grosor, composición y fabricante. El tubo no es caro, por lo que no es necesario intentar abaratar aún más su aerogenerador ahorrando en tubos de PVC.

El material de baja calidad de los tubos de plástico puede provocar que las palas se agrieten en la primera prueba y todo el trabajo se desperdicie.

Primero debe decidir la plantilla. Hay muchas opciones, cada forma tiene sus desventajas y ventajas. Quizás tenga sentido experimentar primero antes de cortar la versión final.

Dado que el precio de los tubos es bajo y se pueden encontrar en cualquier ferretería, este material es ideal para los primeros pasos en el modelado de palas. Si algo sale mal, siempre puede comprar otro tubo e intentarlo de nuevo; su bolsillo no se resentirá mucho con estos experimentos.

Los usuarios experimentados de energía eólica han notado que es mejor usar tubos anaranjados en lugar de grises para fabricar las palas del aerogenerador. Mantienen mejor su forma, no se doblan después de formar el perfil y duran más.

Los diseñadores aficionados prefieren el PVC porque durante las pruebas se puede reemplazar una pala rota por una nueva hecha en 15 minutos en el mismo lugar si se tiene la plantilla adecuada. Simple y rápido, y sobre todo, asequible.

Las instrucciones fotográficas para fabricar palas de aerogenerador a partir de tubos de polímero le ayudarán a aprender visualmente los pasos y la secuencia del proceso:

Todos los pasos preparatorios están completados, ahora las palas deben unirse a la pieza que gira con el viento:

Aluminio – delgado, ligero y caro

El aluminio es un metal ligero y resistente. Se utiliza tradicionalmente para fabricar palas de aerogeneradores. Gracias a su bajo peso, si se le da la forma adecuada a la placa, las propiedades aerodinámicas de la hélice serán excelentes.

Las principales cargas que experimenta el aerogenerador durante la rotación están dirigidas a la flexión y rotura de la pala. Si el plástico bajo ese trabajo rápidamente se agrieta y falla, se puede contar con la hélice de aluminio por mucho más tiempo.

Sin embargo, si se compara el aluminio con los tubos de PVC, las placas metálicas seguirán siendo más pesadas. A alta velocidad de rotación, existe un gran riesgo de dañar no la pala en sí, sino la hélice en el punto de fijación.

Otra desventaja de las piezas de aluminio es la dificultad de fabricación. Si el tubo de PVC tiene una curvatura que se utilizará para dar propiedades aerodinámicas a la pala, el aluminio, por lo general, se toma en forma de lámina.

Después de cortar la pieza según la plantilla, lo cual en sí mismo es mucho más difícil que trabajar con plástico, la pieza obtenida aún deberá laminarse y darle la curvatura correcta. En condiciones domésticas y sin herramientas, hacer esto no será tan sencillo.

En lugar del aluminio costoso, se pueden usar recortes de chapa para tejados o trozos de chapa perfilada que hayan sobrado de la instalación:

Fibra de vidrio o tejido de vidrio – para profesionales

Si decide abordar la creación de la pala de forma consciente y está dispuesto a dedicar mucho esfuerzo y paciencia, la fibra de vidrio es adecuada. Si nunca ha tenido experiencia con aerogeneradores, no es buena idea comenzar con la fabricación de una pala de tejido de vidrio. Este proceso requiere experiencia y habilidades prácticas.

Una pala de varias capas de tejido de vidrio unidas con pegamento epoxi será resistente, ligera y fiable. Con una gran superficie, la pieza queda hueca y casi ingrávida.

Para la fabricación se utiliza tejido de vidrio, un material fino y resistente que se vende en rollos. Además de la fibra de vidrio, se necesita pegamento epoxi para fijar las capas.

Se comienza creando una matriz. Es una pieza que sirve como molde para la futura pieza.

La matriz puede fabricarse de madera: viga, tabla o tronco. Se talla directamente en la madera maciza la silueta volumétrica de la mitad de la pala. Otra opción es un molde de plástico.

Hacer la pieza bruta por su cuenta es muy difícil; se necesita tener a la vista un modelo terminado de la pala de madera u otro material, y solo después, a partir de ese modelo, se corta la matriz para la pieza. Se necesitan al menos 2 de esas matrices. En cambio, una vez que se ha creado una forma exitosa, se puede usar repetidamente y así construir no solo un aerogenerador.

El fondo del molde se unta cuidadosamente con cera. Esto se hace para que la pala terminada se pueda extraer fácilmente posteriormente. Se coloca una capa de fibra de vidrio, se impregna con pegamento epoxi. El proceso se repite varias veces hasta que la pieza bruta alcance el espesor deseado.

Luego, el pegamento debe secarse. Algunos recomiendan colocar el molde dentro de una bolsa de vacío y extraer el aire. Así, el pegamento penetra mejor en todas las capas de la fibra de vidrio, sin dejar áreas sin impregnar.

Cuando el pegamento epoxi se ha secado, se extrae cuidadosamente la mitad de la pieza de la matriz. Lo mismo se hace con la segunda mitad. Las partes se pegan entre sí para obtener una pieza hueca y tridimensional. Una pala de fibra de vidrio ligera, resistente y con la forma aerodinámica correcta es la cúspide del dominio del aficionado doméstico a las centrales eólicas.

Su principal inconveniente es la dificultad de realizar la idea y la gran cantidad de defectos al principio, hasta que se obtenga la matriz ideal y se perfeccione el algoritmo de creación.

Barato y eficaz: pieza de madera para la rueda eólica

La pala de madera es un método ancestral que es fácil de realizar, pero poco efectivo con el nivel actual de consumo de electricidad. Se puede hacer la pieza a partir de una tabla entera de madera de especies ligeras, como el pino. Es importante seleccionar una pieza de madera bien secada.

Si la madera está húmeda, durante el proceso de secado la hélice puede “torcerse” y se deformará. Además, el peso de la madera húmeda es significativamente mayor que el de la madera seca.

Se debe elegir la forma adecuada, pero hay que tener en cuenta que la pala de madera no será una placa delgada como la de aluminio o plástico, sino una estructura tridimensional. Por lo tanto, no basta con dar forma a la pieza bruta; es necesario comprender los principios de aerodinámica e imaginar los contornos de la pala en las tres dimensiones.

Para dar el acabado final a la madera se deberá usar un cepillo, mejor eléctrico. Para la durabilidad, la madera se trata con barniz o pintura protectora antiséptica.

El principal inconveniente de esta construcción es el gran peso de la hélice. Para mover esta mole, el viento debe ser lo suficientemente fuerte, lo cual es difícil de lograr en principio. Sin embargo, la madera es un material accesible. Las tablas adecuadas para crear la hélice de un aerogenerador se pueden encontrar directamente en el propio patio, sin gastar ni un céntimo. Y esa es la principal ventaja de la madera en este caso.

La eficiencia de una pala de madera tiende a cero. Por lo general, el tiempo y el esfuerzo invertidos en construir un molino de viento así no justifican el resultado obtenido, expresado en vatios. Sin embargo, como modelo educativo o prototipo, una pieza de madera tiene su lugar. Además, una veleta con palas de madera se ve espectacular en el terreno.

La siguiente colección de fotografías muestra los pasos para fabricar un molino de viento con palas recortadas de madera contrachapada:

La parte funcional está lista y se ha verificado su funcionamiento, por lo que solo queda pintarla y atornillarla al mástil:

Planos y ejemplos de palas

Es muy difícil realizar un cálculo correcto de la hélice de un aerogenerador sin conocer los parámetros básicos que se muestran en la fórmula, y sin tener idea de cómo estos parámetros afectan el funcionamiento del aerogenerador.

Es mejor no perder el tiempo si no hay deseo de profundizar en los fundamentos de la aerodinámica. Los planos y esquemas ya preparados con indicadores predeterminados ayudarán a seleccionar la pala adecuada para la central eólica.

Plano de la pala para una hélice bipala. Se fabrica a partir de un tubo de alcantarillado de 110 mm de diámetro. El diámetro de la hélice del aerogenerador en estos cálculos es de 1 m.

Un aerogenerador pequeño como este no podrá proporcionarle mucha potencia. Lo más probable es que difícilmente pueda extraer más de 50 W de esta construcción. Sin embargo, una hélice bipala hecha de un tubo de PVC ligero y delgado proporcionará una alta velocidad de rotación y asegurará el funcionamiento del aerogenerador incluso con viento ligero.

Plano de la pala para una hélice tripala de aerogenerador a partir de un tubo de 160 mm de diámetro. La velocidad específica calculada en esta opción es 5 con viento de 5 m/s.

Una hélice tripala de esta forma se puede utilizar para unidades más potentes, aproximadamente 150 W a 12 V. El diámetro total de la hélice en este modelo alcanza 1,5 m. La rueda eólica girará rápidamente y arrancará con facilidad. El aerogenerador de tres palas es el más común en las centrales eléctricas domésticas.

Plano de una pala casera para una hélice de 5 palas de aerogenerador. Se fabrica a partir de un tubo de PVC de 160 mm de diámetro. La velocidad específica calculada es 4.

Esta hélice pentapala podrá alcanzar hasta 225 revoluciones por minuto a una velocidad de viento calculada de 5 m/s. Para construir la pala según los planos propuestos, es necesario transferir las coordenadas de cada punto de las columnas 'Coordenadas del patrón frente/trasero' a la superficie de un tubo de alcantarillado de plástico.

Mediante la tabla que se muestra a continuación se puede calcular el diámetro del aerogenerador con 2 a 16 palas. Además, se puede seleccionar el tamaño teniendo en cuenta la potencia de salida deseada.

En la tabla se ve que cuantas más palas tenga el aerogenerador, menor debe ser su longitud para obtener corriente de la misma potencia.

Como muestra la práctica, mantener un aerogenerador de más de 2 metros de diámetro es bastante complicado. Si, de acuerdo con la tabla, necesita un aerogenerador de mayor tamaño, considere aumentar el número de palas.

El artículo, que expone paso a paso el proceso de realizar los cálculos, le informará sobre las reglas y principios del cálculo del aerogenerador.

Realización del equilibrado del molino de viento

El balanceo de las palas del aerogenerador ayudará a que su funcionamiento sea lo más eficiente posible. Para realizar el balanceo, es necesario encontrar un local donde no haya viento ni corriente de aire. Por supuesto, para una rueda eólica de más de 2 m de diámetro, encontrar dicho local será difícil.

Las palas se ensamblan en una estructura terminada y se colocan en la posición de trabajo. El eje debe estar estrictamente horizontal, a nivel. El plano en el que girará la hélice debe estar estrictamente vertical, perpendicular al eje y al nivel del suelo.

La hélice que no se mueve debe girarse 360/x grados, donde x = número de palas. Idealmente, un aerogenerador balanceado no se desviará ni un grado, sino que permanecerá inmóvil. Si la pala gira por su propio peso, debe ajustarse ligeramente, reduciendo el peso de un lado para eliminar la desviación del eje.

El proceso se repite hasta que la hélice esté absolutamente inmóvil en cualquier posición. Es importante que no haya viento durante el balanceo. Esto podría distorsionar los resultados de las pruebas.

También es importante verificar que todas las partes giren estrictamente en el mismo plano. Para la comprobación, se colocan placas de control a una distancia de 2 mm a ambos lados de una de las palas. Durante el movimiento, ninguna parte de la hélice debe tocar la placa.

Para operar el aerogenerador con las palas fabricadas, será necesario ensamblar un sistema que acumule la energía obtenida, la almacene y la transmita al consumidor. Uno de los componentes del sistema es el controlador. Sobre cómo hacer un controlador para un aerogenerador, lo sabrá al leer el artículo que le recomendamos.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Construir un aerogenerador casero con materiales disponibles es perfectamente posible. Si se comienza con modelos más simples, es probable que el primer intento tenga éxito. Con la experiencia, aborde proyectos más complejos para obtener un aerogenerador lo más eficiente y potente posible.

Video #1. Cómo hacer un aerogenerador con tubos de PVC:

Video #2. Aerogenerador casero:

Video #3. Aerogenerador de acero galvanizado:

Si desea utilizar energía eólica limpia y segura para necesidades domésticas y no planea gastar grandes sumas de dinero en la compra de equipos costosos, las palas caseras hechas de materiales comunes serán una idea adecuada. No tema experimentar, y logrará mejorar aún más los modelos existentes de hélices de aerogeneradores.

¿Quiere contar cómo hizo usted mismo las palas para un aerogenerador que suministra electricidad a una casa de campo? ¿Desea compartir información útil con los visitantes del sitio o hacer una pregunta? Por favor, escriba sus comentarios en el bloque ubicado a continuación.