Vivimos en una ladera boscosa con
montañas a tres lados, donde los vientos que experimentamos son
altamente variables con cambios abruptos en dirección. Después de
visitar el sitio Web de Hugh Piggott y de leer su libro "Windpower
Workshop," me dí cuenta que vivimos en un lugar que no es adequado para
energía eólica. Sin embargo necesitabamos algo para suplementar nuestros
paneles solares en los dias opacos del invierno, así que yo no estaba
dispuesto a abandonar la idea de energía eólica, especialmente porque
frecuentemente tenemos viento día y noche durante la estación nublosa.
En el Internet miré algunos diseños
de turbinas eólicas de eje vertical y decidí a adaptar uno de éstos para
nuestro sitio. Él tenía las ventajas de poder aguantar el viento que
viene en ráfagas y con cambios violentos de dirección, sería silencioso y
amigable a los pájaros. Conociendo su ineficiencia, yo me refrenaré de
llamarla una turbina eólica y le llamé más bien un ornamento de jardín
que genera un poco de energía eléctrica.
Empecé por curvar unas costillas de varillas para soldar de 1/8" x 3'.
Inserté las costillas en agujeros
taladrados a ángulos de 30 grados uno del otro en espiral alrededor un
tubo conducto galvanizado de 1/2" y las pegué con pegamento epóxico.
Luego pegué pedazos de cartulina a las costillas.
Mi idea era hacer una hélice doble simbólica del ADN.
Pinté la cartulina con un par de
manos de resina poliestérica y alisé las arrugas con masilla
poliestérica. Después de lijar todo, apliqué una capa de tela de fibra
de vidrio en ambos lados y la pinté con 2 manos más de resina
poliestérica.
Yo no quería dejarlo transluciente y
mostrar todos mis desperfectos, por consiguiente pinté una mano final de
resina poliestérica a la cual agregué carbón molido. Esta fotografía
muestra uno de los problemas que encontré debido a mi falta de
experiencia con resina poliestérica. Se encogió al curar, haciendo
arrugas en el papel.
Todo negro no me gustó, por lo tanto
pinté un lado para darle color y hacerlo más interesante mientras giraba
en el viento. !Y giró! Estaba guindado por un laso desde una viga en el
garage mientras lo pintaba, y claramente quería girar.
Para el alternador adapté uno de los
diseños en el libro, "Wind Turbine Recipe Book," por Hugh Piggott. Pero antes
de comenzar a fabricar el alternador, yo tenía que improvisar un
bobinador. Cada vuelta de la manivela detonaba un mecanismo contador que
aseguraría que cada bobina tenía el mismo número de vueltas de alambre.
Esta fotografía muestra el sistema
para bobinar. Cada bobina tenía 320 vueltas de alambre 21 AWG para
imanes. Se ve un par de bobinas terminadas en el fondo.
Coloqué las 12 bobinas sobre un
patrón que yo había dibujado en papel para que se alinearan
correctamente y las ligué con pedazos de tela de fibra de vidrio.
Luego fabriqué un molde de lámina de madera con las posiciones de los imanes claramente marcadas en el fondo.
Usé una "raña" de madera atada con
hilo a las bobinas para levantarlas como una unidad y colocarlas en el
molde. Conecté y soldé las bobinas en 3 conjuntos, cada uno del cual
tenía 4 bobinas conectadas en serie y con las 3 fases conectadas en una
estrella.
Vertí un poco de resina poliestérica
en el molde ya encerado, coloqué un pedazo de tela de fibra de vidrio en
el fondo y añadí un poco más resina. Luego coloqué el anillo de
bobinas, quité el hilo y cuidadosamente alineé cada bobina sobre las
marcas en el fondo del molde. Luego llené el molde con resina y coloqué
otro pedazo de tela de fibra de vidrio encima, vibrando el molde para
llenar todos los espacios vacíos y quitar las burbujas. Luego dejé el
molde curar durante la noche. Aquí se ve el estator después de quitarlo
del molde.
Con la ayuda de un mecánico en
Yuscarán quien tenía conexiones con un taller de maquinaria y con
vendedores de partes usadas, compré un par de cubos de un auto cacharro y
conseguí encargados 2 discos de plancha de acero 1/4".
Debido a que no podía cortar, limar,
ni taladrar con los imanes ya colocados, ensamblé todo (menos los
imanes) para probarlo. Fue bueno que lo hice así porque tenía que hacer
unos ajustes que necesitaban taladrado y limado.
Luego quité el disco de arriba y
comprobé la colocación del estator. La estiba de tuercas y las arandelas
fijaban el espacio entre los discos ya que no se podía usar una llave
con los imanes colocados.
Coloqué el disco de arriba nuevamente
para comprobar el espacio entre el rotor y el estator. El disco pequeño
de la cima tiene soldada una varilla en el centro para montar el eje de
la hélice. Dejé 2 pulgadas de juego en las puntas de las 5 varillas
roscadas con el fin de tener espacio para hacer ajustes en la montura de
la hélice. La extra varilla roscada que se extiende arriba del estator
es para montar una cubierta que fabricaré de fibra de vidrio para
proteger el alternador de la lluvia.
Éste es el molde para la cubierta.
Para fabricar el domo hice un "pastel de boda" de discos de poliestireno
estibados, lo tapé con "lustre" de masilla poliestérica, y lo formé con
una lima bastarda. La falda es un pedazo de lámina de aluminio.
Fabriqué la cubierta en dos mitades
para facilitar la montura. Pinté el molde con alcohol polivinilo (agente
de suelta) y luego apliqué con resina poliestérica dos capas de tela de
fibra de vidrio.
Ésta es una mitad cubierta terminada antes de recortarla.
Ésta es la cubierta completa antes de la instalación.
Para colocar los imanes precisamente usé una plantilla de cartulina.
Pegué los imanes en su lugar con
super glue, alternando los polos norte y sur hacia arriba. El imán
marcado es para asegurar que los imanes de los discos opuestos se
alinean con la polaridad correcta.
Puse el disco con los imanes pegados en un molde encerado.
Vertí resina poliestérica en el molde
y después de que ésta se endureció, le pinté más resina, coloqué un
pedazo de tela de fibra de vidrio sobre la resina pegajosa y de nuevo
coloqué resina encima.
Éste es el rotor fundido después de quitarlo del molde.
Fundí los dos rotores de la misma
manera. Luego lijé y pinté todo para protegerlo de la humedad. Al
ajustar las tuercas, alineé el estator entre los dos discos del rotor
con 1 mm de brecha entre ellos. En esta foto se ve al lado derecho el
rectificador en puente y al lado izquierdo el interruptor "kill" montado
en el soporte.
Éste es el aparato completo en su
lugar. Después de arreglar una balinera chillante, se calló, y en un
viento bueno el "ornamento del jardín" ya genera 500 vatios.
We live on a forested hillside with
mountains on three sides, where the winds that we experience are highly
variable with abrupt changes in direction. After visiting Hugh
Piggott's Web site and reading his book, "Windpower Workshop," I
realized that we live in an area that is not well suited to wind power.
However, we needed something to supplement our solar panels on the
dark, cloudy days of the rainy season, so I was not willing to give up
on the idea of wind power, especially since we often have winds night
and day during the cloudy season.
On the Web I looked at some designs
of vertical axis wind turbines and decided that I might adapt one of
these for our site. It would have the advantage of standing up to our
gusty winds with often violent changes in direction, it would be quiet,
and it would be bird friendly. Acknowledging its inefficiency, I will
refrain from calling it a wind turbine and instead call it a garden
ornament that generates a little electricity.
I started by bending some ribs out of 1/8-inch x 3-foot welding filler rod.
I inserted the ribs through holes
drilled at 30-degree angles to one another in a spiral around a 1/2-inch
galvanized electrical conduit and glued everything in place with epoxy
cement.
I then glued panels of heavy poster paper to the ribs.
My idea was to make a double helix symbolic of DNA.
I painted the poster paper with a
couple of coats of polyester resin and smoothed out the ridges and bumps
with autobody filler. After sanding everything smooth, I put a layer
of fiberglass mat on each side and applied another couple of coats of
polyester resin.
Not wanting the thing to be
translucent and show all my messy filling and patchwork, I applied a
final coat of polyester resin to which I had added finely ground
charcoal. This photo shows one of the problems that I ran into because
of my lack of experience with polyester resin. The resin shrank as it
cured, creating dimples in the underlying paper.
All black just didn't look right, so I
painted one side to give it some color and to make it look interesting
as it turned in the wind. And turn it did! Hanging by a rope from a
rafter in the carport as I painted it, it clearly wanted to "fly."
For the alternator, I adapted one of
the designs in Hugh Piggott's book, "Wind Turbine Recipe Book." But before I
could start making the alternator, I had to make a little coil winder.
Every turn of the crank tripped a counter so that I could be sure that
each coil had the same number of turns of wire.
This is the setup for winding the
coils. Each coil had 320 turns of 21 AWG magnet wire. You can see a
couple of finished coils on the table in the background.
I placed the 12 coils on a pattern
that I had drawn on paper to get them properly aligned and then glued
them together with patches of fiberglass cloth.
I then made a mold out of plywood, with the placement of the coils clearly marked on the bottom.
I used a wooden "spider" tied on with
string to lift the ring of coils as a unit and place it in the mold. I
connected and soldered the coils in 3 sets, each with 4 coils connected
in series and with the 3 phases wired in a star.
I poured a bit of polyester resin in
the bottom of the waxed mold, placed a piece of fiberglass mat in the
bottom, and poured in a bit more resin. I then placed the ring of
coils, cut and removed the strings, and carefully aligned each coil with
the marks on the bottom of the mold. I then filled the mold with resin
and topped it with another fiberglass mat, tapping the sides of the
mold to fill all the voids and remove air bubbles. I then left the mold
to cure overnight. Here is the stator after popping it out of the
mold.
With the help of a mechanic in
Yuscarán with connections to junked parts dealers and a machine shop, I
bought a pair of front hubs from a junked car and had 2 disks made from
1/4-inch steel plate.
Because I couldn't do any cutting,
grinding, or drilling once the magnets were in place, I assembled
everything without the magnets to test it. I'm glad that I did because I
had to do some minor adjustments that required some drilling and
grinding.
I then removed the top disk and
checked the placement of the stator. The stacks of nuts and the washers
fix the space between the two disks, since I would not be able to use a
wrench once the magnets were in place.
I put the top disk back on to check
the gap between the disk and the stator. The small disk on top has a
shaft welded to it to mount the shaft of the helix. I left 2 inches of
play at the top of the 5 threaded rods to give me plenty of room for
adjustment in mounting the helix. The extra threaded rod extending
above the stator is to mount a cowling that I would make out of
fiberglass to protect the alternator from the weather.
This is the mold for the cowling. To
make the dome, I made a "wedding cake" from a stack of polystyrene
disks, "frosted" it with autobody filler, and filed it to shape with a
bastard file. The skirting is a strip of aluminum flashing.
I made the cowling in two halves to
facilitate mounting it. I painted the mold with polyvinyl alcohol
(release agent) and then applied two layers of fiberglass matting with
polyester resin.
This is the completed cowling being tested for fit before installation.
To place the magnets precisely, I used a cardboard template.
I glued the magnets in place with
super glue, alternating the north and south poles facing upward. The
marked magnet is to be sure that the magnets of the facing disks line up
with the correct polarity.
I placed the disk with the attached magnets into a waxed mold.
I poured polyester resin into the
mold, and after it was set, I painted on more polyester resin, placed a
piece of fiberglass matting cut to shape on the wet resin, and painted
more resin on top.
This is the cast rotor disk after removal from the mold.
I cast both rotor disks in the same
manner. I then sanded and painted everything to protect it from
moisture. By adjusting the screws, I lined up the stator between the
rotor disks with a 1 mm space between them. Mounted on the bracket
below them, you can see the bridge rectifier on the right and the box
for the "kill" switch on the left.
This is how the whole thing looks
after setting it up. After I fixed a squeaky bearing, it is silent, and
in a good wind, our "garden ornament" will generate 500 watts.
