13 enero 2012

Guía para la construcción artesanal de una turbina eólica doméstica (7ª PARTE)


Construcción de una torre inclinada

PARTE 6ª

14.  Mecanismo de frenado de emergencia


Si bien no es imprescindible muchas turbinas eólicas incorporan algún medio de parar la turbina para repararla, en caso de emergencia, para mantenimiento rutinario, o cuando la energía no se necesita. Muchas turbinas usan un freno dinámico que simplemente cortocircuita las tres fases eléctricas y actúa como un desconectador. Otros tienen un freno mecánico, activado por un pequeño cabrestante colocado en la base de la torre, ya sea mediante un freno de disco o de tambor. Otras veces se coloca un enrollador mecánico que inclina el rotor fuera de la exposición al viento. Un freno mecánico es usualmente más fiable y efectivo que un freno dinámico.

15.  Inversor

Las pequeñas turbinas eólicas generan energía eléctrica en corriente continua o directa. En sistemas muy pequeños, las aplicaciones en corriente directa obtienen la energía directamente de la batería. Pero si deseamos hacer uso de aplicaciones normales en corriente alterna, debemos instalar un inversor para rectificar la corriente directa de las baterías a corriente alterna. Aunque este dispositivo disminuye ligeramente la eficiencia global del sistema, permite que la instalación eléctrica del hogar sea diseñada para sistemas de corriente alterna

16.  Conexión a red

En un número creciente de países, entre ellos España existe la opción de volcar la energía producida a la red (ver aquí). De esta forma conseguimos algo tan interesante como evitar las baterías pues se compensa la energía producida consumida mediante un contador bidireccional. Es decir, en vez de almacenar la energía que producimos en baterías costosas lo hacemos directamente en la red. Esto hace rentable cualquier inversión en energías renovables y muy especialmente la generación con energía eólica.

Conectar una turbina eólica donde podemos disponer también de un cierto apoyo con baterías si nos interesa puede ser la mejor de todas las opciones. Lo primero es que disponemos de una capacidad sin límite de la red a nuestra disposición, pero además podemos vender el excedente de energía eólica a la red. Si tenemos cortes de energía eléctrica en la red, un problema creciente en cada vez mayor número de países, podemos usar nuestra turbina eólica para obtener energía fiable. En esta situaciones usaremos un banco de baterías calculado en función de la fiabilidad que queramos dar al sistema.

Los sistemas eléctricos eólicos se acoplan muy bien como sistemas de apoyo ante incidencias de las redes eléctricas, pues es precisamente cuando hay fuertes vientos  y normalmente ausencia de sol cuando más apagones se producen.

17.  Construcción de una torre

Otra cuestión importante para optimizar el rendimiento de nuestra turbina eólica es la construcción de la torre sobre la que vamos a colocar el aerogenerador. La construcción de una torre de unos 9 metros de altura sobre ningún obstáculo hará que incrementemos la producción de energía.

Podemos construir la torre de diferentes formas, utilizando materiales como celosía, tubos y usando cables para arriostrar y dar estabilidad a la torre.

También existe la posibilidad de construir torres inclinables, muy apropiadas en lugares donde exista riesgo de fuertes vientos. Estas torres son también útiles para realizar el mantenimiento periódico de los rodamientos de la turbina.

Los riesgos que deben asumirse si no usamos una torre son que la vida de la turbina se acorte.

18.  Montura y orientación de la turbina al viento

Si el aerogenerador no está conectado a una batería o a otra carga eléctrica, entonces las palas se sobreacelerarán. La máquina empezará a hacer ruidos y puede que vibre tanto que las partes se separen y caigan al suelo. Para evitar este tipo de problema, son importantes los siguientes aspectos:
  • Mantener conectado el aerogenerador a una carga siempre.
  • El aerogenerador debe tener un sistema de orientación (o viraje) para vientos elevados.
  • Las palas deben estar precisamente equilibradas para que funcionen con suavidad.

La montura del aerogenerador es una pieza de acero sobre la cual va montado el generador. Por otro lado, la montura tiene la parte interior de la bisagra de cola que forma parte del mecanismo de orientación y viraje del aerogenerador; sobre esta parte interior de la bisagra de cola que es un saliente de la montura, va montada la cola del aerogenerador con la veleta.

La veleta es la encargada de llevar a cabo el sistema de protección de sobre-velocidad. El mecanismo empleado será un mecanismo de viraje tanto del generador como bloque solidario a la montura de éste, como de viraje de la cola; funciona aprovechando el equilibrio entre la fuerza de empuje del viento (por un lado sobre las palas y por otro sobre la veleta de la cola) y la fuerza de la gravedad que supone el peso de la cola.

La cola de veleta se usa para encarar la máquina en el viento. Forma parte de un mecanismo que hace girar el generador y las palas fuera de toda la fuerza del viento, girando toda la máquina sobre un cojinete (que no es otra cosa que el tubo de viraje) en el extremo superior de la torre

19.  Baterías

Una cuestión importante en la fabricación de un pequeño generador eólico es el almacenamiento de la energía que vamos obteniendo.  Hay que tener en cuenta que si bien generamos poca potencia el molino puede estar obteniéndola las 24 horas del día. Especialmente en aplicaciones residenciales de fin de semana un pequeño generador puede cargarnos un banco de baterías sin problema. No obstante, debemos calcular un banco de baterías de suficiente tamaño como para almacenar la energía producida. Para entender bien cómo funcionan los bancos de baterías recomendamos revisar: ¿Por qué fallan las baterías y qué podemos hacer para prolongar su vida en servicio?

20.  Esquema de montaje de una instalación aislada


Esquema de voltaje de una instalación eólica aislada
El esquema de montaje de una turbina eólica en una instalación aislada es la que mostramos en la figura. Como vemos en este caso se ha utilizado de forma complementaria un generador de apoyo.

21.  Mantenimiento y desmontaje del alternador

Las turbinas eólicas usan partes móviles, y como todas las partes móviles necesitan inspección regular, mantenimiento y lubricación. Debemos tener en cuenta que la turbina estará funcionando en muchas ocasiones casi de forma permanente por lo que un mantenimiento periódico es vital para garantizar muchos años su correcto funcionamiento.

Una vez al año es conveniente desmontar el alternador de la turbina eólica, limpiar e inspeccionar rodamientos, conexiones eléctricas y otras partes. Podremos usar el manual de instrucciones del fabricante del alternador como referencia para su mantenimiento.

22.  Rentabilidad de la inversión

Para evaluar la rentabilidad de los proyectos con energía minieólica podemos usar el siguiente calculador (ver aquí), que nos permitirá calcular el modelo económico de una pequeña turbina eólica.

Bibliografía:

  • Alternator Disassembly and Maintenance. Otherpower.com
  • Especificación técnica para la réplica en la UPC de un aerogenerador de baja potencia destinado a la cooperación para el desarrollo humano. Monterrubio Montesó, Juan Antonio y De Marco Ibáñez, Natxo.  Universitat Politècnica de Catalunya 2006
  • Estimating a Small Wind Turbine´s Annual Energy Output. Energy Savers. U.S. Department of Energy.
  • How I home-built an electricity producing Wind turbine. Michael Davis
  • Sistemas eólicos pequeños para generación de electricidad. Department of Energy
  • The Basic fact about wind energy. Windpower.generatorguide.net
  • Wind Electricity Basics. Homepower magazine
  • Wind Power Curves. What´s Wrong, What´s Better. Ian Woofenden.
  • Wind Power Projects. Build it solar
  • Wind resources map of Spain at mesoscale. Methodology and validation. Wind Energy Department, National Renewable Energy Center (CENER)

Palabras clave: Permanent magnet DC motor, low-RPM generators
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