Cómo construir un aerogenerador con material de desecho (II): el generador eléctrico

[esta entrada es el segundo de la serie de artículos iniciada aqui: Cómo construir un aerogenerador con material de desecho (I)]

Siguiendo con lo comentado en el anterior artículo, vamos a contar paso a paso la parte más importante del proceso de construcción de un aerogenerador artesanal con materiales reciclados: el generador eléctrico.

Materiales necesarios

Los materiales necesarios para la cosntrucción del aerogenerador son los siguientes:

• Motor trifásico de jaula de ardilla, obtenido en un desguace (coste: 20-30€)
• Hilo de cobre esmaltado de 0.8mm de diámetro (coste en funcion de la cantidad)
• Imanes de neodimio. Recomendamos: www.supermagnete.de. En este caso usaremos imanes de 40x10x10 mm. 40 uds (coste 97€). Pueden utilizarse imanes de ferrita, mas económicos (incluso se pueden obtener a partir de altavoces grandes), pero la potencia de salida será menor.
• 3 Puentes de diodos o rectificador de 50A. No llega a 10€ en tiendas de electrónica.
• Poxilina, una especie de masilla bicomponente a base de epoxi.
• Funda de plastico termorretractil, para cubrir las soldaduras
• Un puñado de conectores faston (centimillos)
• Papel aislante DMD (Dacron-Mylar-Dacron). Esto es dificil de conseguir, porque se vende en bobinas de 50kg. Lo ideal es encontrar algun taller de rebobinado de motores electricos y comprarles un poco.
• Cable de acero
• Tornillos

Herramientas necesarias

No son necesarias herramientas especiales, pero si que necesitaremos un trabajo de tornero para rebajar el rotor. lo explicaremos más adelante:

• Destornilladores
• Soldador de estaño y estaño
• Alicates
• Cortacables
• Cuchillo o navaja
• Cinta metrica
• Etc.

Primer paso: desmontaje del motor trifásico

Tras la visita al chatarrero y la adquisición por poco más de 20 o 30 € de un buen motor trifásico de cierto tamaño (entre 5 y 15CV va bien para empezar), hay que abrir el motor, separar las tapas con sus cojinetes y retirar el rotor.

Tras esta operación, quedará expuesto el estator con su bobinado original, que al ser de chatarrero, seguramente estará quemado o cortocircuitado.

El estator con su rotor y tapas extraidas.

El rotor.

Segundo paso: rebajado del rotor en un tornero y eliminación del bobinado original

Para hacer sitio a los imanes de neodimio que irán instalados en el rotor (cuya función es producir el campo magnético que al girar inducirá en las bobinas corriente, según la ley de Faraday-Lenz), hay que rebajar el rotor en un tornero, o bien hacer un rotor nuevo a partir de tubo de acero, lo cual es mas delicado.

Si los imanes van a medir 10mm de alto, y habrá dos imanes en cada lado, habrá que reducir 10 +10 = 20mm + 10 mm más de seguridad, para alojar el espesor del cable de acero y la poxilina que lo recubrirá para reforzar el conjunto. Por tanto, un total de 30mm, es decir, 15mm por cada lado, será lo que el tornero deberá rebajar el rotor. Es una operación sencilla de un coste aproximado de 40€.

En cuanto al estator, es la operación más pesada. Nosotros ibamos quitando bobina a bobina, con alicate y destornillador para hacer palanca, pero mientras sufríamos ese proceso, se nos ocurrió otro mucho más rápido que podeis utilizar. Consiste en cortar con una miniradial, tipo Dremmel, el bobinado de cobre completo por uno de los lados, y hacer palanca por el otro lado para sacar el bobinado entero en una sola operación. Con esta pequeña mejora, podeis ganar de 2 a 4h que nos costó el proceso de desbobinado.

Por fin!

Tercer paso: bobinado del estator

Vamos ahora con otra operación larga, delicada y algo tediosa: el rebobinado del estator. Como tenemos 36 dientes y cada bobina llena dos de ellos, tendremos que fabricar 18 bobinas. Para hacer un bobinado trifásico, dividiremos esas bobinas entre tres, obteniendo que cada fase estará compuesta por 6 bobinas, que conectaremos en serie, y posteriormente las tres fases se conectarán en paralelo, mediante puentes de diodos que rectificarán la corriente alterna producida y la convertirán en contínua, útil para la carga de nuestras baterías. Es posible que encontreis motores con otro numero de dientes, pero el sistema es el mismo.

Para saber cuantas espiras debe tener cada bobina, es muy facil: ¡las que quepan! Cuando más espiras, más corriente. En este caso cabían, peleando un poco, unas 30 espiras. Con madera, construimos una herramienta para bobinar, a la que manualmente dabamos 30 vueltas, y luego desmontabamos, para montar cada fase una vez teníamos 6 bobinas dispuestas.

En la foto vemos el proceso de creación de las bobinas.

Hay que bobinar siempre en la misma dirección, marcando las puntas con cinta, y colocar las bobinas de cada fase en la misma posición.

A continuación introducimos las bobinas una a una, dejando un espacio de dos dientes entre cada una de ellas para las bobinas de las otras dos fases. En este punto es donde hay que ver si el papel aislante de los dientes está dañado o quemado, y utilizar el DMD para reponerlo donde haga falta, aislando bien las bobinas del cuerpo del estator.

 Una vez colocadas quitamos el esmalte de las puntas para proceder a conectarlas en serie con el soldador de estaño.

 Para proteger la soldadura es conveniente utilizar fundas de plastico termorretráctiles, que al calentarse se contraen y aprietan y protegen la soldadura.

Y ya tenemos la primera fase instalada, conectada en serie y con los extremos preparados para el posterior conexionado en paralelo de las tres fases.

Cuando la bobina está introducida en el espacio entre dientes, hay que colocar un pedacito de dmd en cuña inversa para evitar que se salgan las espiras y choquen contra el estator. Y ahora el truco: si van muy apretadas, podemos utilizar palillos de brocheta para apretarlas e incluso dejarlos como aislantes y tope. ¿No es genial? 😀

Es importante comprobar con un polímetro la conductividad de la fase (significa que hemos soldado bien), y probar tocando un extremo de la fase y el cuerpo del motor para ver que no hay cortocircuito (que podría ocurrir al apretar las bobinas, si se pelara el esmalte y contactara con el estator).

¡Todo correcto! Seguimos con las segunda fase. Procedemos de la misma forma: colocamos bobinas, las conectamos en serie y obtenemos dos extremos de la segunda fase saliendo de la caja de conexiones.

¡Segunda fase terminada!

Volvemos a repetir el proceso con la tercera fase, que puede ser algo más complicada de bobinar, ya que el espacio cada vez es mas reducido. Hay que tener cuidado al hacer espacio apretando las bobinas de no apretar demasiado para no arañar el esmalte y cortocircuitar fases. Recordad siempre tras la instalación de cada fase probar con el polímetro conductividad de fase y que no haya cortocircuito con el estator.

¡Y tercera fase por fin terminada! Madre mía, que montón de cobre… ¡Parece un acelerador de partículas! 😀

Cuarto paso: colocación de imanes en el rotor

Ya tenemos linea, así que vamos a por el Bingo. Para colocar los imanes del rotor hay que proceder de la siguiente manera. Primero que nada, medimos el perímetro del rotor y dividimos su superficie en 6 zonas, ya que tenemos 6 bobinas por fase.

Una vez divididas las zonas, comenzamos a colocar el primer iman de cada polo. Para fijarlo, echamos unas gotitas de cianocrilato, de rápido secado. Así nos aseguraremos de que no se moveran mientras montamos el resto. Recordad cambiar la polaridad del iman en cada polo. Esto es facil comprobarlo acercando el siguiente imán al ya instalado. Si se atraen, colocadlo en esa posición porque son polos opuestos, y si se repelen, dadle media vuelta. ¡Cuidado con los imanes de neodimio! Tienen una fuerza descomunal (15kg en este caso, imaginaos que os cae una pesa de 15kg en un dedo), así que operad con guantes de trabajo y cuidadito con lo que haceis, o podeis incluso llegar a perder un dedo o parte de la chicha…

Aquí estan colocados ya los primeros imanes de cada polo. Veis también los tornillos en los que ataremos un cable de acero que impedirá que se muevan el resto de imanes según vayamos colocándolos.

Instalamos el cable, tres vueltas son suficientes, e iremos metiendo los imanes por debajo del cable y fijándolos con cianocrilato. Cuidado con esta operacion, es delicada y pueden salir los imanes disparados cual bala, así que no olvideis las gafas de seguridad y los guantes.

¡Y ya tenemos el primer sector finalizado! Por las dimensiones del rotor, sólo nos cabe otra fila de imanes más.

Para homogeneizar la superficie y darle algo más de resistencia al cableado, recubrimos todo el conjunto con una capa de poxilina, masilla bicomponente a base de epoxi que endurece muy rápido, asi que, ¡no os durmais en los laureles!

Y vamos ya con la segunda linea de imanes. Ahora hay que tener en cuenta un detalle más: no hay que alinear perfectamente la segunda linea de imanes con la primera. ¿Por qué? Para evitar el efecto Coggin, que tiende a forzar al rotor a colocarse siempre en las posiciones perfectamente enfrentadas iman-diente, resultando en una resistencia inicial al arranque que no queremos tener. Si desalineamos los imanes un poco (medio cuerpo de iman, por ejemplo, como veis en la siguiente imagen) evitamos este efecto, y así el rotor no tendrá ninguna resistencia al giro, evitando el efecto Coggin.

Ayudándonos de un destornillador podemos levantar un poco el cable para meter el resto de imanes de cada polo. Ojo, no es operación sencilla…

Ah, se me olvidaba: para evitar las fuertes repulsiones entre imanes de polos contiguos, colocamos una pieza de plástico para separarlos un poco. Con este distanciamiento será suficiente para evitar que salten los imanes, a la vez que nos ayudan a posicionarlos para evitar tambien el efecto Coggin.

Quinta fase: montaje y conexionado del rectificador

Ya solo queda poner poxilina en la segunda fila, y montar el rotor dentro del estator. Esta operación es delicada, puesto que al acercar el roto al interior del estator, la fuerza desatada es descomunal. Podemos estimarla, ya que si cada iman produce una fuerza máxima de 15kg, habiendo 20 en la primera fila, la fuerza de atracción del rotor hacia dentro del estator debe andar por los 20 x 15 = 300kg.

El profesor Navasquillo ideó un artilugio a base de 4 varillas roscadas y una chapa que permite ir ntroduciéndolo poco a poco. Os pongo una foto de sus artículos:

Una vez introducido, colocamos las tapas con los cojinetes del eje, y pasamos a realizar el conexionado del rectificador. Si el generador va a ser eólico, lo ideal es bajar las fases en alterna a nivel del suelo, para tener a mano la electrónica, aunque tambien podemos dejar los puentes de diodos y demas conexiones bien resguardada en una caja estanca junto al generador, y bajar los dos cables de continua.

El esquema de los puentes de diodos y su conexionado es el siguiente:

¡Y ya tenemos el generador completo y preparado para trabajar! Para medir la potencia del mismo podemos unirle una manivela y girarlo a 1 vuelta por segundo (60 rpm), 2 vueltas por segundo (120 rpm) e incluso a 3 vueltas por segundo (180 rpm). Con esta información podemos hacernos una idea de la potencia y tensión de trabajo del generador cuando esté unido a unas aspas y sometido al viento.

Si quereis mas detalles, os aconsejo leer este manual del profesor Navasquillo.

Fin, por el momento…

Y hasta aquí lo que nos dio tiempo a hacer en el curso de construcción de un generador eléctrico a partir de un motor eléctrico trifásico de jaula de ardilla. Han sido casi tres dias de convivencia y trabajo duro, compartiendo con un grupo de gente variopinto y fantástico el placer de aprender a ser más sabios.

Al igual que Neo cuando decía en Matrix: «¡Ya se Kungfu!», yo ahora mismo ya puedo decir: «¡Ya se construir un generador eléctrico!», y es una sensación fantástica de independencia energética y confianza en tus habilidades técnicas para disponer de electricidad.

Desde aquí agradecer de nuevo a Miguel Ciutad y a Paco Costa lo bien que salió todo, y espero que sigamos en contacto para seguir aprendendiendo y compartiendo técnicas, conocimientos y experiencias. ¡Un abrazo a todos!

Y vosotros, lectores, seguid al tanto, porque seguiremos descubriendo y mostrando como acaba este maravillosa aventura de construir un aerogenerador completo de potencia considerable de forma artesanal. ¡Hasta pronto!