domingo, 14 de diciembre de 2014

Cómo hacer un Generador Eléctrico

Cómo hacer un Generador Eléctrico.

Realizado con la modificación de un alternador automotriz

Para todos aquellos que necesitan tener un generador eléctrico, aquí damos las bases, materiales, método y procedimiento para realizar uno.

Toma en cuenta que este tipo de generador que vamos a realizar aqui es el que vamos a utilizar para otros proyectos, como el generador eólico.

Mucha suerte!!!

Primero necesitas un Alternador automotríz, este lo puedes conseguir en algún establecimiento de autopartes usadas, taller mecánico y con buena suerte hasta en un centro de compra venta o acopio de chatarra, en este último puede resultar más barata la adquisición o inclusive se puede conseguir en algún taller mecánico de entre las partes que estén por descartar.

Alternador automotríz Alternador abierto

Figura 2. Alternador abierto.

Ya abierto el alternador podrás tomarlo en alguna pinza o tornillo de banco para que tenga solidez y puedas desenroscar la tuerca que presiona a la polea y el ventilador, de tal modo que obtendrás el arreglo que se observa en la figura 3.

Alternador de automovil desarmado Alternador de automovil desarmado

Figura 3. Alternador sin ventilador ni polea.

Ahora tendrás que retirar el rotor de la carcaza superior del alternador, este suele ser el segundo procedimiento más dificil de esta hazaña. Es importante mencionar que muchas personas suelen retroceder en este paso o se dan por vencidos, sin embargo será una prueba de que tu esfuerzo puede dar frutos. En este punto es donde se pueden diferenciar los triunfadores y los fracasados.

       Lo correcto sería utilizar una prensa de taller, extractor de baleros o algún tipo de herramienta para retirar la flecha del rotor del balero que lo sostiene. Pero ya depende de tu habilidad y de tu perecia para lograr este objetivo.

       En esta ocación tuvimos que soportar la carcaza entre dos ladrillos y golpear la flecha con un martillo amortiguando con un trozo de madera para no afectar la rosca de la flecha.

partes de alternador automotriz

Figura 4. Alternado con el rotor separado.

Antes de continuar, déjame felicitarte por tu gran hazaña, no cualquiera llega a este punto.
Ya ahora centraremos toda nuestra atención en el rotor y será el elemento con el que nos encontraremos trabajando definitivamente. Para esto debemos tener el rotor suelto como se observa en la figura 5.

rotor de alternador automotriz

Figura 5. Rotor del alternador.

       Este rotor está compuesto por un electromagneto, el cual genera un campo magnético con  energía electrica que recibe a través de los cepillos de carbon en el colector circular de cobre en el extremo izquierdo de la figura. Es aqui donte tenemos que trabajar con cuidado y separar las partes del rotos para hacer las modificaciones para construir de nuevo un generador sin problemas.

      Separamos el colector eléctricamente del circuito interno del rotor con unas pinzas de corte (Figura 6) y posteriormente logramos la separación mecánica del colector con una palanca (Figura 7), en este caso utilizamos un desarmador por carecer de un extrator, que sería la herramienta más adecuada.
       
En este punto es importante mencionar que trabajando con la herramienta adecuada se evitan accidentes, se trabaja mucho más rápido y se evita el daño de las piezas con las que uno trabaja.

colector de alternador automotriz

Figura 6. Corte de cables electricos del rotor.


colector o escobillas de alternador automotriz

Figura 7. Separación del colector del rotor.


Ahora sólo queda retirar la tapa que se encontraba junto al colector, esto se puede hacer apoyando el rotor sobre dos bloques de madera mientras se golpea el otro extremo de la flecha, hasta que dicha tapa comienza a deslizarse y se libera el núcleo interno, de tal manera que el rotor queda como se puede ver en la figura 8.

rotor de alternador de automovil

Figura 8. Despiece del rotor.


Al abrir este rotor, lamentablemente nos encontramos con la sorpresa que si se observa con detenimiento, este tipo de rotor, no suele ser el indicado por no contener un núcleo laminado. Es decir, el núcleo que lo compone suele ser muy grueso y de unas sola pieza, lo que dificulta severamente la extracción del mismo... En este momento también se puede observar quien es triunfador y quien fracasado, lamentablemente con este tipo de alternador no podremos seguir trabajando por carecer de las herramientas adecuadas.

Con mucho optimismo emprendemos la búsqueda de otro alternador de diferente marca y modelo, el cual tiene exactamente la misma apariencia física que el que nos ha decepcionado esta vez.
Volvemos a repetir el procedimiento de desarmado, separación de las crarcazas y el rotor, el cual obtenemos para realizar el procedimiento siguiente, sin embargo, observe que este nuevo rotor y estator resultan ser diferentes por tener una configuración de 12 polos, ver en las figuras anteriores que el rotor esta conformado por ocho polos y el nuevo resulta ser de de 12 polos como se observa en la figura 9.

rotor de alternador de carro

Figura 9. Rotor del nuevo alternador.


Nuevamente cortamos los cables del circuito electromagnético del rotor como se observa en la figura 10 y separamos el colector con la técnica de la palanca realizada en la figura 7.



corte de cables de colector o escobilla

Figura 10. Corte de los cables del rotor.


Sepando la tapa que se encontraba al lado del colector, podremos observar que este es exactamente el tipo de rotor que andábamos buscando para poder hacer nuestro generador.

rotor de alternador de12 polos magneticos

Figura 11. Despiece del rotor adecuado para nuestro generador.

Note como en esta ocasión podemos ver la facilidad con la que se desarma este rotor, el núcleo está ocmpuesto de delgadas arandelas que se encuentran como el núcleo de la bobina del rotor, inclusive mire cómo se ha hecho el despiece muy fácil de todo el sistema mecánico de la figura 12.

rotor desarmado de alternador de automovil

Figura 12. Despiece del rotor.

       Ya con el motor desarmado, necesitamos obtener imanes permanentes circulares, con perforación central, los cuales los podemos obtener de bocinas viejas que podemos conseguir en los depósitos de chatarra o en los talleres de reparación de aparatos electrónicos.
       Colocamos el iman sobre dos o tres bordes, que en este caso utilizamos las mismas arandelas del rotor para levantar el iman y con un suave golpe de martillo separamos el magneto de una manera límpia y sin mucho riezgo de quebrarlo.

megneto toroidal o iman de bocina desarmado

Figura 13. Obtención de imán de bocina.

       Ya obtenidos los imanes se comprueba que el tamaño sea el adecuado para nuestro generador (figura 14 y 15). Se limpia muy bien la cara interna de la tapa del rotor para retirar todo tipo de aislante y pegamento que alojaban anteriormente a la bobina. Para colocar los imanes entre las dos tapas del rotor y comenzar a presionarlas (figura 16), de tal modo que los imanes queden apretados por las dos tapas y que todos queden alineados con la orientación N-S-N-S-N-S, sin embargo en este paso es crucial evitar dar golpes al rotor para evitar la rotura de los imanes.

flecha de generador de automovil con iman de ceramica toroidal

Figura 14. El tamaño del iman debe ser congruente con las dimensiones internas del rotor.

colocacion de iman ceramico toroidal sobre rotor de generador electrico

Figura 15. Al colocar el iman tener particular cuidado de no soltarlo, pues el choque violento puede fracturar el imán.



rotor para armar para generador electrico casero

Figura 16. Los imanes entre las tapas deben presionarse sin ser golpeados.

       Ya armano nuestro rotor con imanes permanentes podremos comprobar fácilmente con la vista que no haya quedado espacio entre los imanes o que no se hubieran fracturado durante el proceso de armado.

       Teniendo un aspecto como lo muestra la figura 17, comprobamos que la configuración de nuestro rotor ya ha sido terminada, ya nada más queda rectificar el exterior del rotor para garantizar que el rotor quede perfectamente circular para que vuelva a quedar dentro del perímetro del estator.

rotor de generador electrico de bajo costo


Figura 17. Aspecto casi final del rotor armado.

       Finalmente para el terminado de nuestro rotor, debemos rectificar que cumpla con una superficie exterior circular lo más perfectamente posible y que por efectos de ajuste, el haber sometido a despiece provoca que no vuelva a quedar igual que como estaba armado anteriormente.

       Para esto montamos sobre el valero de la carcaza superior el rotor y lo disponemos a desgaste lateral de una cortadora de disco, desbastando un poco las partes planas del rotor, tal y como se aprecia en la figura 18.

montaje para rectificar el rotor de generador electrico

Figura 18. Rotor montado para rectificación.

rectificacion utilizando una cortadora de herrería

Figura 19. Rectificación de rotor con cortadora.

       Esta forma de rectificar el rotor garantiza la forma circular perimetral del rotor porque al girar el disco de corte, simultáneamente el rotor comienza a girar y termina redondeando la supericie.

vista lateral del rotor rectificado

Figura 20. Aspecto del rotor después de rectificado.

montaje del generador electrico casero

Figura 21. Rotor montado sobre la carcaza superior.

       Posteriormente de la rectificación del rotor se monta sobre la carcaza superior y se coloca a presión, para que el tope alcance el balero se comprueba el libre giro, que esté nivelado y se procede a colocar el estator.

revisar que el rotor gire libremente

Figura 22. Rotor y carcaza superior con estator.

       Ya finalmente montar la carcaza trasera al conjunto del alternador y comprobar el libre giro del rotor para posteriormente colocar los tornillos muy suavemente, apretando media vuelta cada uno a la vez comprobando que el rotor se mantenga girando libremente, esto es para garantizar el apriete similar en todos los puntos de la carcaza.

ya armado revisar que el rotod gire libremente antes de apretar los tornillos

Figura 23. Generador finalmente armado antes de colocar los tornillos.

voltaje generado solo con el giro de los dedos

Figura 24. Generador armado y probado.


voltaje generarod con el impulso de los dedos

Figura 25. Gráfica del osciloscopio del voltaje generado con giro manual.

Con esto concluimos las modificaciones necesarias que había que hacer a un alternador convencional para convertirlo en generador eléctrico. Ya nada más tendremos que montarlo en nuestros siguientes proyectos.

Si lograste llegar al final de este documento y haz seguido los pasos adecuadamente y ahora tienes un generador muchas felicidades.

Si descubriste algo nuevo que te gustaría compartir con nosotros te agradeceríamos que nos hicieras saber de tus métodos.

CONCENTRADOR SOLAR CON POSICIONADOR ELECTRÓNICO

CONCENTRADOR  SOLAR  CON  POSICIONADOR   ELECTRÓNICO .

Con este proyecto logramos un controlador electrónico de posición confiable para la captación de energía solar, ya sea para la producción de calor o para la generación de energía eléctrica y proponemos un calentador solar para la demostración de su adecuado funcionamiento. El controlador propuesto es un controlador diferencial lumínico que determina la posición relativa de la fuente de luz y por medio de un motor eléctrico, el plano de captación gira para permanecer perpendicular a la fuente de luz.

1. JUSTIFICACION

Un controlador de posición para la captación de energía solar es muy útil, ya que nos provee una optimización en la captación de tan valioso recurso que hasta la fecha no ha sido aprovechado. También llamado seguidor solar, tiene la posibilidad de ser utilizado en instalaciones industriales que tengan algo que ver en la producción energética, ya sea eléctrica o calorífica.

2. CALENTADOR SOLAR

El calentador solar expuesto es un sistema que funciona a base de concentración de luz solar por medio de un plano paraboloide, el cual tiene como ventaja principal la alta temperatura que puede alcanzar.
perfil parabólico para concentrador solar
Figura 1. Reflexión en un plano parabólico.

2.1. Plano paraboloide

En un plano parabólico y en todas sus formas, las líneas que son paralelas al eje del plano y que tocan con el lugar geométrico, por ley de la reflexión, todas esas líneas convergen en el foco[1]. Esto nos dice que todo lo que esta en línea recta de un plano parabólico e intercepta su área, se concentra en el foco de la parabólica, en este caso utilizamos la luz solar.

2.2. Cálculos y diseño del plano:

El calculo del plano paraboloide esta dado por la ecuación general de la parábola que es:

       (x-h)2 = 4a(y-k)        [Ec. 1]

Como (h, k) es la coordenada del vértice entonces, colocamos en el origen coordenado para tener una referencia en el centro geométrico del plano paraboloide entonces la ecuación queda así:

       X2 = 4ay                [Ec. 2]

Donde “a” es la distancia focal, es decir, es la distancia que hay del vértice al foco y es elegida para hacer los cálculos, en este caso, para el experimento realizado, es igual a 40 cm. De tal manera que la ecuación particular del plano paraboloide queda así:

       Y = x2 /160        [Ec. 3]

Después de dar valores a “x” y calcular sus respectivas “y” se hace una tabla de valores y se grafican sobre un plano de dimensiones reales en centímetros para después poder hacer la gráfica y poder comenzar a formar el plano.
+X          Y   
10        0.625
20        2.500
30        5.625
40        10.00
50        15.62
60        22.50

Tabla 1. Tabulación de la ecuación del plano (cm.)

3. CALCULOS ENERGÉTICOS

Para Determinar la energía solar que se recibe por metro cuadrado de superficie se obtuvo como referencia la cantidad de energía que llega a la superficie de la atmósfera que el la constante solar que equivale a 1400 joules / seg-metro cuadrado[2].

Esta cantidad de energía es la que llega a la capa superior de ozono en la parte mas alta de nuestra atmósfera y equivale aproximadamente a la energía que requiere un motor de dos caballos de fuerza para funcionar adecuadamente.

El día domingo 16 de mayo aproximadamente a las 2:00 PM el sol estaba a 90º es decir cuando estaba más intensa la energía recibida, se coloco una masa conocida de cobre de 32 gr. con una área de superficie de 11.44 cm2 expuesta directamente a la luz solar, y con un termómetro para monitorear su temperatura a una razón de dos tomas de temperatura por minuto, de donde obtuvimos como dato después de graficar el incremento de temperatura con respecto al tiempo de exposición se sacó un promedio de incremento de 4 ºC por minuto. Y con este dato se puede llegar a calcular la energía intercambiada[3] con la siguiente ecuación:

       Q = C M DT        [Ec. 4]

Donde:

       Q = cantidad de calor en joules
       C = calor especifico = 0.390 J/gr. ºC (para el        cobre).
       M = masa = 32 gr.
       DT = incremento de temperatura = 4 ºC/min.
       
       Q = (0.390)(32)(4) = 49.92 joules/min.
       
Respuesta:

       49.92 joules por minuto en el área de 11.44 centímetros cuadrados del cobre y obteniendo la relación, tenemos 727 joules por minuto en un metro cuadrado de exposición solar, en un segundo. Observe que ésta cantidad de energía es aproximadamente la necesaria para que un motor de un caballo de fuerza funcione con la energía proveída por un metro cuadrado de exposición a la luz solar.

El área del plano paraboloide es de 1.14 metros lo que equivale a tener una captación de 829.0909 joules/seg. Mas de un caballo de fuerza !!!

Para darnos una idea de la cantidad de agua que se puede calentar con esa energía se aplica otra vez la ecuación Q = C M DT, y si despejamos la masa y ponemos varios valores de incremento de temperatura se pueden obtener los siguientes valores para temperatura y agua por hora (suponiendo que la toma de entrada sea de 20ºc):
       
       M = Q/(C DT)

M = 2984727.24 j/hr (4.19 j/gr ºC)(DT)

Litros               Temp Final           DT
35.617         40ºC        20ºC
23.744         50ºC        30ºC
17.808         60ºC        40ºC
14.246         70ºC        50ºC
11.872         80ºC        60ºC
10.176         90ºC        70ºC
9.3720         96ºC        76ºC

Tabla 2. Cantidades logradas en 1 hora.

La tabla 2 nos dice que con la cantidad de energía solar recibida en 1.14 metros cuadrados podemos elevar la temperatura de agua de 20°C a un temperatura final marcada en la tercer casilla la cantidad de litros de la primer casilla.
De esta manera la temperatura de salida del agua se puede controlar regulando el caudal de entrada de agua, lo que nos brinda mas facilidad en la utilización de éste calentador.

4. CONTROL DE POSICION

4.1. Objetivo del control:

Este calentador debe llevar un controlador de posición que se retroalimenta con la posición del sol, de ésta forma, cuando el sol cambie de posición, el controlador deberá detectar el cambio por mínimo que sea y corregirá la posición angular del plano de captación, de lo contrario se tendrán perdidas energéticas.

4.2. Análisis del control:

Primeramente se debe de idear la forma en la cual un sistema electrónico pueda determinar donde se encuentra una fuente luminosa como en este caso lo es el sol por lo tanto lo que vamos a sensar va a ser
una diferencia de intensidad de la luz incidente en dos sensores del mismo tipo separados por una

4.3. Diseño del control:

Para detectar una diferencia de luz, los sensores se escogieron dé tal manera que la resistencia de cada uno sea proporcional a la luz incidente y con este principio se ponen en un puente de weatstone alimentado con + 12 volts para que la salida diferencial sea positiva o negativa con respecto a tierra según sea el sensor con exceso de luz.

El controlador empleado es un controlador proporcional con una ganancia de 2000, lo que aumenta la sensibilidad a los cambios de luz. Los sensores se montan en un puente de weatestone, y el voltaje diferencial resultante lo toma el amplificador[4], la retroalimentación del circuito es por medio de la posición. La etapa de potencia del controlador es por medio de relevadores, uno que se acciona con voltaje positivo, para girar el motor en un sentido, y otros dos que se accionan con voltaje negativo, éstos últimos para invertir la polaridad de
alimentación del motor, de esta manera gira hacia el otro sentido.

La disposición de los sensores se muestra en la figura 2, donde se indica el sentido de giro para alcanzar la misma cantidad de luz en los dos sensores, la figura 3 muestra el diagrama completo del controlador.

sensores para el seguido solar    

Figura 2. Disposición de sensores.


4.5. Diagrama del controlador.

diagrama para seguidor solar y concentrador parabolico


 Figura 3. Diagrama total del controlador.


5. BIBLIOGRAFÍA

[1] I. Suvorov, “Calculo Diferencial e integral con Geometría analítica”, PISA, pp.62-64, 1983.
[2] Diccionario Enciclopédico Salvat, tomo 5 pp. 1187, 1981.
[3] Zundahl, “Fundamentos de Química”, Mc. Graw Hill, pp.72-73, 1992.
[4]Robert F Coughlin, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”,Prentice hall, pp.120-123, 1993.


concentrador parabolico con seguidor solar

concentrador parabolico mostrado a Román Lamas Robles

Concentrador Parabolico y seguidor solar mostrado en el CETI Colomos