Guía paso a paso para hacer un aerogenerador portátil de eje vertical Savonius

Actualizado: 05/07/2024

En este tutorial aprenderemos cómo construir un aerogenerador de eje vertical portátil capaz de recargar pequeños dispositivos electrónicos y encender luces LED utilizando la energía del viento. Aunque su potencia es limitada, aproximadamente 3 o 4W, es un gran punto de partida para experimentar con tecnologías de generación de energía renovable.

A diferencia de los generadores eólicos de eje horizontal, que son más populares debido a su alta eficiencia en la generación de electricidad, tienen algunos inconvenientes. Necesitan velocidades de viento más altas para funcionar y se deben instalar en grandes torres en zonas llanas para evitar que los árboles obstruyan el flujo de aire y provoquen turbulencias con velocidades variables.

En cambio, los generadores Savonius tienen una eficiencia menor, pero funcionan mejor a velocidades de viento más bajas y no son sensibles a la dirección del viento o los cambios repentinos de dirección.

Materiales – herramientas aerogenerador portátil de eje vertical Savonius

Las herramientas y materiales que vamos a necesitar para este proyecto son:

• Tubo de PVC de 30 cm de longitud y 11 cm de diámetro exterior.
• 1950 cm² de plexiglás de 4,5 mm de grosor.
• 8 deflectores de viento hechos de tablas rectangulares de 40 cm de largo por 10 cm de ancho y 5 mm de grosor.
• Una base circular de madera de 32 cm de diámetro exterior y 20 mm de grosor.
• Varilla roscada M4 de 42 cm de longitud (opción A)
• Dos tornillos M4 de 6 cm de longitud (opción B)
• Ocho tuercas M4
• Cuatro tornillos M3 de 35mm de longitud (para alargar los incluidos en el motor paso a paso).
• Cuatro tornillos para madera de 20 mm de largo, no más de 4mm de diámetro exterior.
• Cuatro rodamientos 608RS
• Un trozo de Manguera de Silicona Flexible, de 4mm de diámetro interior y unos 6cm de largo.
• Un motor paso a paso Nema 14 o 17
• Dos módulos rectificadores de puente completo.
• Un conector USB hembra.
• Un condensador electrolítico.
• Un regulador lineal LV7805
• Un disipador de calor con encapsulado TO-220 (opcional).
• Un par de cables para las conexiones eléctricas (aproximadamente 30 cm).
• Papel de lija número 120
• Pegamento instantáneo.
• Pegamento de PVC
• Pegamento de silicona caliente.
• Rotulador permanente.
• Soldador y estaño.
• Máquina CNC, cortadora láser, impresora 3D o contratar este servicio en línea
• Sierra de calar.
• Lijadora de disco.
• Sierra de mesa.
• Amoladora angular.
• Regla y cinta métrica.
• Dos llaves métricas M10
• Pelacables eléctrico.
• Multímetro.

Instrucciones.

Paso 1: Obtener las mitades del tubo de PVC que formarán el rotor Savonius.

Es necesario cortar una longitud de 30 cm de la tubería de PVC de modo que los cortes sean rectos con respecto a la superficie de la tubería.

Si dispone de una cinta flexible, dispóngala de forma que se ajuste perfectamente a la superficie de la tubería, con un rotulador trace una línea que cubra todo el perímetro de la tubería de PVC usando el contorno de la cinta flexible. También se puede utilizar una hoja de papel para esta operación.

Si la tubería es nueva y tiene el extremo cortado de fábrica, aprovéchelo.

Tomando como referencia la línea anterior, mida 31-32 cm longitudinalmente y haga una nueva marca (línea) en esa posición.

Con una amoladora angular y un disco de corte adecuado para PVC, haga los cortes en las líneas trazadas anteriormente. Los cortes deben ser lo más rectos posible. No te preocupes si tienen pequeñas imperfecciones. El centímetro de más nos permitirá lijar las posibles imperfecciones hasta que midan 30 cm.

Con una regla o una sección en ángulo de 90 grados, ajústala al contorno de la tubería y traza una línea horizontal a lo largo de la sección de tubería que acabas de cortar. A partir de esta línea, mida 172,7 mm a lo largo del contorno de la tubería y haga una nueva marca en cada extremo de la misma. Dibuja una línea que pase por estas nuevas marcas. Corta el tubo en estas marcas. Al final de este paso deberías tener dos mitades de la tubería de PVC. Por último, lija las posibles imperfecciones de los cortes.

Paso 2: Cortar y pegar las piezas que formarán el rotor Savonius

A partir de dibujos vectoriales o archivos para impresión 3D, corta o imprime estas piezas. En este caso se diseñó específicamente para ser cortadas en una máquina CNC. Se diseñaron varias piezas para luego ensamblarlas y pegarlas con pegamento de PVC. Es una complicación mayor pero había que encontrar una solución.

En este caso particular de los tramos de tubo cortados, estos deben estar bien sujetos a sus bases de apoyo y en la posición correcta. Ayúdate de las hendiduras creadas a tal efecto. Un aspecto importante, estas bases deben quedar paralelas entre sí una vez pegadas. Usa la varilla roscada y las tuercas para asegurar firmemente todo el conjunto.

Algo importante que hay que aclarar, el diseño del Rotor Savonius se basa principalmente en dos artículos científicos (1 – 2) que resumen la actividad experimental y los resultados teóricos de varios investigadores.

El espacio, la relación ancho-altura del Rotor, la decisión de que las bases de las secciones de los tubos de PVC fueran cerradas, el ángulo de inclinación de los deflectores de viento entre otros no son decisiones arbitrarias o al azar, hay una cierta base científica en ello.

• PORTADEFLECTORES ARRIBA PARTE 1 DXF.dxf
• PORTADEFLECTORES ARRIBA PARTE 1 STL.stl
• PORTADEFLECTORES ARRIBA PARTE 2 DXF.dxf
• PORTADEFLECTORES ARRIBA PARTE 2 STL.stl
• RESFUERZO (OPCIONAL) DXF.dxf
• RESFUERZO (OPCIONAL) STL.stl
• SOSTENEDORES SEMITUBOS DXF.dxf
• SOSTENEDORES SEMITUBOS STL.stl
• STEPPER MOTOR COUPLER STL.stl
• STEPPER MOTOR COUPLER_01.dxf
• BUSHING CAD.dxf
• BUSHING STL.stl
• CONTRACOJINETE STL.stl
• CONTRACOJINETE.dxf
• PORTADEFLECTORES ABAJO PARTE 1 STL.stl
• PORTADEFLECTORES ABAJO PARTE 1.dxf
• PORTADEFLECTORES ABAJO PARTE 2 DXF.dxf
• PORTADEFLECTORES ABAJO PARTE 2 STL.stl

Paso 3: Acondicionar la base circular y los deflectores

Hay que hacer un agujero circular de 19 cm de diámetro a la base circular de madera declarada en la lista de materiales. Haga una marca con un compás o similar y con la sierra de calar haga el corte. Deja un margen para terminar con una lijadora redonda o similar.

Usando las piezas de soporte que cortaste en el CNC o impresas en 3D como plantilla, haz las marcas donde se apoyarán verticalmente los Deflectores. Utiliza la sierra de mesa para hacer ranuras de 5mm de grosor y 6 mm de profundidad. Esta pieza circular será la base de todo el conjunto de este generador por lo que presta especial atención a su construcción.

Si lo prefieres, puedes redondear algunos de los vértices de los rectángulos de madera. Realiza las ranuras de acoplamiento a las piezas deflectoras sólo al final cuando tengas el conjunto semi-montado, esto evitará posibles errores de acoplamiento.

Para facilitar la comprensión del proceso de montaje de estas piezas, puedes ver este vídeo:

Paso 4: Cableado eléctrico.

Como puedes ver en el esquema de conexiones, interconectar los elementos que compondrán el grupo electrógeno es bastante sencillo. Si tienes la tentación de utilizar un solo Rectificador de Puente Completo en lugar de dos, no te lo recomiendo. Puede haber desajustes entre las tensiones inducidas en estos cables y esto causará problemas (baja eficiencia). Puedes utilizar una matriz de diodos Schottky para mejorar la eficiencia, pero tener estos dos módulos rectificadores facilitará el cableado.

Si te preguntas cuál es el mejor tipo de motor eléctrico para usarse como generador, honestamente sería «el mejor generador debe ser creado para ese único propósito», sin embargo después de probar varias configuraciones, el Motor Paso a Paso fue el que mejores resultados dio. Ten en cuenta que el par que vas a obtener con este tipo de máquinas a esta escala es bastante limitado, las Revoluciones por Minuto también son bajas y dependen directamente de la velocidad y «calidad» (grado de turbulencia) del viento que tengas en tu zona.

Dado que las variaciones en la velocidad del viento tendrán un impacto directo en la tensión inducida, la salida debe ser regulada a una tensión constante, en este caso se usó un regulador lineal del tipo 7805 que proporciona 5V a la salida.

Paso 5: Conexiones eléctricas.

El motor paso a paso que se ha usado es reciclado de una vieja impresora y venía con una polea que se tuvo que quitar con la ayuda de dos llaves como se muestra en la foto. Es probable que estos Motores Paso a Paso vengan con varios cables. Para saber qué cables elegir, hay que medir la resistencia eléctrica entre ellos y seleccionar dos pares de cables con la resistencia eléctrica más alta. En este caso los bobinados eran de 20 ohm y cada par tenía una derivación central que no se usó en este diseño.

Para reducir la complejidad para la fabricación de este generador los componentes electrónicos se soldaron directamente como se muestra en el diagrama de conexión anterior. Antes de conectar el regulador lineal se recomienda realizar ciertas pruebas de funcionamiento.

Suelda los conductores al regulador lineal también como se muestra en el diagrama.

Suelda el conector USB a la salida del regulador. Hay que tener cuidado con esta operación, si tienes dudas, compruébalo aquí.

Sólo se soldarán 2 hilos (Vcc + 5V y Masa) a los pines correctos. Para evitar problemas de compatibilidad con ciertos dispositivos que necesitan conexiones a los pines de datos, y ¡listo!

Paso 6: Fijar los componentes electrónicos a su placa de soporte y atornillarlos a la base del aerogenerador.

Es necesario cambiar los tornillos M3 que componen el Motor Paso a Paso por unos un poco más grandes para poder fijarlo a su placa soporte tal y como se muestra en la imagen. El resto de los componentes se pueden pegar con silicona caliente, teniendo cuidado de no obstruir el giro del eje del motor.

Para la conexión del eje del motor y el Rotor Savonius, se usó un pequeño trozo de manguera flexible de silicona de unos 4 mm de diámetro interior y unos 6 cm de longitud.

El regulador 7805 se fijó a la base también con pegamento y el puerto USB lo pegué con silicona caliente para que fuera fácilmente accesible desde el exterior.

¡Ya tienes tu aerogenerador portátil de eje vertical Savonius montado! Ya sólo te queda ponerlo a funcionar.

Vía www.instructables.com