Jump to content
ELFORUM - Forumul electronistilor

Turbina eoliana-Cum sa o construim(How To Do It)


Recommended Posts

Fiindca in ultima vreme au fost tot mai multe cereri in acest sens, o sa incerc eu sa prezint pasii necesari in constructia unei turbine eoliene.

CAP.1-CONSIDERATII GENERALE.

Inainte de a incepe constructia unei turbine, trebuie analizate urmatoarele aspecte:

 

1.Pentru ce vreau sa folosesc aceasta turbina?

Vreau sa precizez inca de la inceput ca o turbina eoliana, chiar si de 2kW, NU poate sa aigure necesarul de consum al unei locuinte normale.

Chiar daca este amplasata intr-o zona unde teoretic bate mereu vantul, exista perioade ale anului in care timp de o saptamana, nu bate nicio pala de vant.Chiar si Arcadius, de pe acest forum, care sta in zona Tulcea, are perioade in care turbina nu produce.

Sa nu se creada ca orice adiere de vant produce energie.O turbina incepe sa produca de pe la 3m/s viteza vant, dar si atuci curentul de incarcare este mic.

Formula de calcul a puterii generate de o turbina este:

P(W)=0,5*ro*S*v(3)*eta unde:

ro=densitatea aerului=1,23 kg/mc

S=suprafata elicii in mp

v(3)=viteza vantului in m/s (la puterea a treia)

eta=ranamentul turbinei-intre 0,35 si 0,45

O turbina cu pale de 2m(4m diametru) va produce la un vant de 5m/s

S=pi*r*r=12.56mp

P=0.5*1.23*12.56*125*0.4=387W

Atentie:Palele de 2m sunt deja pale mari, mai greu de facut, nerecomandat pentru un incepator.

Acesti 387W ar inseamna un curent de incarcare(pt un sistem pe 24V) de I=P/U adica I=387/24=17A.

Am zis "ar insemna", fiindca in realitate din acea putere se mai pierde ceva pe stator si pe firele de legatura.

Am facut un calcul, la 40A curent de incarcare si stator bobinat cu sirma de CuEm 2mm diametru, jumatate din putere se pierde pe stator.

Discutam mai tarziu acest aspect.

 

2.Amplasare

La amplasarea unei turbine, trebuie luate in calcul urmatoarele aspecte:

-Spatiul disponibil.

Daca spatiul este mic, va trebui optat pentru stalp autoportant(zabrelit) fiindca nu exista loc suficient pentru ancore.Costul acestui stalp poate deveni foarte mare, marind cu pana la 40% valoarea investitiei.

Daca spatiul este suficient de mare, se poate opta pentru stalp din teava, cu ancore.

De ex, daca vreau sa ridic stalpul la 10m(echivalent fereastra la et3 al unui bloc!!), ancora de sus va fi la cca.8m.Pentru un unghi de 45 grade intre ancora si stalp(ideal), rezulta 8m distanta la sol de la baza stalpului pana la punctul de ancoraj.Deci este necesar un spatiu liber de 16m in jurul stalpului pentru fixarea ancorelor.

Se poate merge la limita si cu un unghi de 30 grade, caz in care sunt necesari cca 10 spatiu liber.In acest caz tensiunea in cablurile de ancorare va fi mai mare, deci cabluri mai groase.

Se pot folosi 3 sau 4(ridicarea si coborarea mai usoara) ancore iar functie de inaltimea stalpului acesta va fi ancorat in 2 sau 3 puncte

-Obstacole din jur.

Trebuie ca elicea sa fie cu cel putin 3-4 m mai sus decat obstacolele din jur, in special fata de cele aflate pe directia vantului dominant din zona.

Subsemnatul are amplasata elicea langa Bucuresti, unde directia dominanta este ENE(60% din an) si WSW(40%).

Pe directia ENE in curtea vecinului este un ditamai nucul, asa ca a trebuit sa inalt elicea la 15m.Deci atentie!

 

Buget

Cred ca acest punct trebuia pus primul...

Multi fac greseala sa gandeasca "mi-am luat magneti, am rezolvat jumate din eoliana"

Aceeasi greseala am facut-o si eu acum 3 ani.Nu este asa.

Sa o luam de sus in jos

-magneti, discuri, rasina epoxidica(3kg pt o turbina medie), cupru email pt bobine, pale, rulmenti, fuzeta, montura de fixare a generatorului, sistem de rotire si iesire din vant,coada.

-stalp(teava de 80 mm minim cu 3-4mm grosime in carne) sau stalp zabrelit-aici calculul e mai laborios.Cei care au facut asa ceva pot spune cat a costat.(Atentie la acest stalp trebuie o gramada de taieri/suduri/gauri+suruburi)

-cablu de coborare-minim 4mmp, 3 sau 4 fire(se va vedea mai tarziu de ce 4)

-cablu de otel pt ancore-minim 5mm diametru

-fundatie stalp +ancore(cca 1,5 mc beton pt stalp cu ancore, cam 6-8mc pt autoportant), buloane de fixare, sistem de basculare si ridicare.

-regulatorul electronic de incarcare+rezistente dump-load, cutie tablou, sigurante

-baterii(scumpe al naibii)

-diverse=suruburi+piulite(intra o gramada), grund, vopsea, sistem intindere ancore, etc.Numai astea pot sa ajunga la 500 lei.

MUNCA, MULTA MUNCA.

Atentie:

Anumiti strungari au niste preturi de iti cad plombele.

Daca ai "doua maini stangi", sau esti paralel cu tehnica, mai bine cumperi una gata facuta.

Toate sudurile trebuie facute cu simt de raspundere, eforturile care apar sunt mari.

Daca sunt intrebari, va stau la dispozitie.

Astept eventuale completari sau sugestii

Continui mai tarziu cu CAP.2-GENERATORUL.

Link to comment

CAP.2 GENERATORULGeneratorul este format din rotor-cele doua discuri cu magneti(la neodim au sarit preturile enorm, sau ferita-mai mari si mai grei) si stator.2.1 RotorulPentru magnetii neodim regula este ca distanta intre doi magneti la cercul interior sa fie egala cu latimea unui magnet.Astfel se poate calcula diametrul discurilor, si anume:Lci(lungimea cercului interior)=2*lm*Nm unde lm este latimea magnetului, Nm = numarul de magneti.Di(diametrul interior)=Lc/piDe(diametrul exterior al discului)=Di+2*Lm+4mm unde Lm=lungimea magnetuluiAstfel pt 12 magneti 50x25x10mm(Lungime xl atime x grosime) rezulta:Lci=600mm Di=191mmDe=295mm"Am discuri de frana de...." De multe ori discurile de frana nu au acest diametru.Grosimea discurilor trebuie sa fie egala cu grosimea magnetilor, altfel campul magnetic se inchide aiurea.Si neaparat, discurile trebuie sa fie PLANE, daca nu, rotorul o sa "bata" si nu se mai poate asigura intrefierul necesar.Magnetii se lipesc pe disc cu adeziv tip Picatura(sau mai bine cu Bison Epoxi Metal).Suprafata discului se asperizeaza in prealabil cu smirghel granulatie 80 si se degeseaza cu alcool tehnic.Pozitionarea magnetilor pe disc se face cu un sablon din carton gros sau OSB/MDF.Magnetii nu se pun pana la marginea discului, ci se lasa un guler de 2mm(cei 4mm din formula de mai sus)Dupa lipire, magnetii se "ingroapa" in rasina epoxi pe jimatate din grosimea lor, pt a asigura o protectie suplimentara.Cealalta jumatate din grosime ramasa libera joca rol de "miniventilator" pentru racirea statorului.La pozitionare, magneti se lipesc in ordinea N-S-N-S. etc.Pe cele doua discuri opuse, magnetii se afla fata in fata cu polaritati opuse.Atentie cand se dau gaurile pentru tijele filetate de solidarizare, trebuie tinut cont de acest aspect.Se dau doua semne pe discuri(se "ciupeste' cu panza de flex) pozitia in care trebuie montate, cu magnetii de poli opusi pe fiecare disc.Pentru magneti, se recomanda dimensiunile 50x25x10(12)mm, cei mai uzuali si normali ca pret, din care se poate scoate cca.1kW.La magnetii de ferita, se pun lipiti la cercul interior.Nerecomandati pentru turbina orizontal fiindca sunt foare grei, discul iese mare(deci greu).Se pot incerca pentru inaltimi ale stalpului de pana in 8m.Statorul maine. 

Link to comment

2.2 StatorulStatorul ete format din mai multe bobine legate in serie(conexiune stea, la cele trfazice) sau in paralel(conexiune triunghi).Discutam despre statorul trifazat.Putem avea 3,4 sau 5 bobine pe faza.Numarul de magneti de pe un disc este dat de formula:Nm=(Nf+1) x Nbf Unde:Nm=Numarul de magneti; Nf=numarul de faze; Nbf=Numarul de bobine pe faza.Pentru un stator cu 3 bobine pe faza vom avea Nm=(3+1) x 3=12 magneti, pentru 4 bobine pe faza Nm=16 magneti, etc.Nu intru in detalii pentru generatorul monofazat, fiindca are urmatoarele dezavantaje:-Este mai dezechilibrat.-Din cauza faptului ca bobinele pot produce tensiuni diferite (chiar si o spira in plus), apar asa numitii "curenti paraziti".De aceea trebuie facuta redresare pt fiecare bobina in parte, adica puntile redresoare trebuie amplasate langa generator.-Produce zgomot/vibratii in functionare.In functie de tensiunea la care va fuctiona generatorul, regula este ca pentru 12V trebuie 50-60 spire/bobina iar pentru 24V 80-90 spire/bobina.Un generator conceput pentru 12V si pus sa functioneze la 24V va produce la turatii foarte mari ale elicii.In caz de furtuna, elicea se va supratura(fiindca nu are suficienta frana electromagnetica produsa de generator), iar daca iesirea din vant nu este bine dimensionata sau nu functioneaza din diverse motive, rezultatele sunt dezastruoase.Invers, un generator de 24V pus sa incarce baterii de 12V va tine elicea franata (in stall), fara ca aceatsta sa ajunga la turatia optima.Ca o analogie, primul caz este similar cu a merge cu masina cu 60 km/h in viteza intaia, al doilea caz e ca si cum am incerca sa plecam de pe loc cu a treia.Presupunem ca avem magneti 50 x 25 x 12mm si dimensionam generatorul pentru 24V.Sarma CuEm diametru d=1,8mm.Exista niste reguli:-Latimea(piciorul)(Lbob) bobinei trebuie sa fie egal cu latimea magnetului.-Grosimea bobinei (Gbob) maxim 10 mm(la limita 12 mm, cat grosimea magnetului).Daca grosimea este mai mare, statorul va iesi prea gros, intrefierul(distanta intre discurile cu magneti) prea mare, adica randament mic.Calcule:Numarul de spire pe strat=Gbob/d = 10/1,8=5, 5 spire.Rotunjim la 5 spire.Numarul de straturi=Lbob/d = 25/1,8=13,8 straturi.Rotunjim la 14 straturi.Atentie:La bobinare, primul strat va avea 5 spire, al doilea, doar 4(asa se aseaza sarma), deci trebuie tinut cont de acest aspect.Vom avea 7 straturi x 5 spire/strat= 35 spire 7 straturi x 4 spire/strat= 28 spire.Total 63 spire.Insuficient pentru 24V. mai ales ca mai intervine si un "factor de bobinaj"(functie de indemanarea celui care bobineaza)=0,8...0,9.In realitate vor fi 63 x 0,8=50,4 spire.Ar merge pt 12V.Refacem calculul pt sarma de 1,6mm.Numarul de spire pe strat=Gbob/d = 10/1,6=6,25 spire.Rotunjim la 6 spire.Numarul de straturi=Lbob/d = 25/1,6=15,6 straturi.Rotunjim la 16 straturi.Vom avea 8 straturi x 6 spire/strat= 48 spire 8 straturi x 5 spire/strat= 40 spire.Total 88 spire.Merge.In primul caz ar merge ingrosata bobia la 6 spire/strat si marit putin Lbob(cu inca un strat, nu e critic)De refacut calculele pentru cine vrea.Amperajul obtinut in cazul al doilea va fi, luind in calcul o densitate de 15A/mmp(mai mult nu, ca ia foc statorul)Sectiunea firului de 1,6mm este 2mmp.I=15x2=30A.Deci generatorul va produce puterea P=UxI=28(tensiunea de incarcare pt 24V)x15=840W.La limita, se poate duce pana la 1kW, fiindca amperajul poate creste(dar numai pt perioade scurte) si peste 30A.Adica densitatea peste 15A/mmp.Miezul pe care se bobineaza va avea forma unui trapez isoscel cu baza mare in sus, cu urmatoarele dimesiuni:Baza mare = Latimea magnetului + 5mm=30mmBaza mica = Latimea magnetului - 3mm=22mmInaltimea=Lungimea magnetului + 4mm=54mm.Tehnologia de bobinare, executia efectiva, mai tarziu.L.E. Parte din aceste formule, informati au fost deduse din practica si din colaborarea mea cu alti membrii ai forumului.Multumesc lui @Arcadius, @Florin Tanasa, @CrstiBMW, Serban pentru contributia adusa.

Link to comment

Executia statorului.

 

Dupa confectionarea sablonului conform dimensiunilor prezentate mai sus, se face o masina de bobinat.

Aici intervine imaginatia fiecaruia sau ne putem inspira de pe net.

Cantitatea de sarma necesara se calculeaza astfel:

Pentru magnetii 50 x 25(si de aici incolo doar la ei vom face referire), lungimea medie a unei spire(cea aflata la mijlocul bobinei) este de 250 mm [2*(50+12,5+12,5)+2*(25+12,5+12,5]

Aproximand 90spire/bobina rezulta 22,5m/bobina x 9 bobine=205,5 m.

Luam 250m (daca ratam vreo bobina pluslungimile firelor de interconexiune) mai bina sa ramana sarma decat sa nu ajunga.

Densitatea cuprului este de 9g/cmc.

Firul de 1,6mm are greutatea per m de18g.

250m x 18g/m= 4500g. = 4,5kg.

In timpul bobinarii, firul se tine in permanenta intins.Dupa fiecare strat, spirele se bat usor cu o spica de lemn, pentru a se aseza pe forma.

Atentie sa nu distrugem emailul.

Dupa fiecare doua straturi, spirele se solidarizeaza cu adeziv tip Picatura.Se lasa sa se intareasca adezivul si apoi se continua(firul sa fie in permanenta tensionat)

Daca ne grabim (sau nu santem fumatori ca sa luam o pauza de tigara cat timp se intareste adezivul) folosim asta:

http://www.sierra.ro/Activator-Spray-150-ml-p1062p.html

sau de aici

http://www.denbraven.ro/newdbr/produs.p ... EZIV&id=71

Atentie, e FOARTE INFLAMABIL.Deci ori tigara, ori activator.

Se scoate bobina din masina(se recomanda ca sablonul sa fie uns cu putina vaselina pentru o extragere mai usoara).

Capatul firului de sfarsit al bobinei se lasa de 30 cm lugime.

Dupa executia primei bobine recomand a se trasa pe o bucata de carton(folosind ca si sablon bobina facuta) pozitia finala a tuturor celor 9 bobine.Se pun lipite una de alta.Eventual se face alt sablon din carton cu pozitia magnetilor(decupat forma lor) si se suprapune peste sablonul cu bobine.

Se verifica ca centrul magnetilor sa cada exact peste centrul bobinei.

Daca nu ,mai "batem " bobina ca sa se mai stranga, sau facem alt sablon pt bobina(mai micsoram baza mare) ,sau departam putin magnetii(daca nu avem deja discurile facute) ,sau renuntam la un strat sau....

Trcerea firului de inceput al bobinei , peste corpul ei, se face cu tabla de cupru sau tresa de absorbanta de cupru( cositorite, pt marirea sectiunii si izolate fata de bobina cu banda izolatoare).

Daca folosim firul existent acesta va adoga inca 2 mm la grosimea statorului. Deci trecerea trebuie sa fie cat mai subtire in grosime, dar de sectiune egala cu a firului de bobinaj.

Se face un sablon din pal/osb/mdf in care se pun bobinele.La partea de jos se pune un strat de fibra de sticla.

Se conecteaza bobinele intre ele astfel:Sfarsit bobina 1 cu inceput bobina 4, sfarsit b4 cu inceput b7, sfarsit b7 cu conductor litat izolat 2,5mmp se scoate afara din stator.La fel incepu bobina1, se scoate afara.

La fel pt celelalte 6 bobine:sfarsit bobina, se sar doua, cu inceputul celei de-a treia, etc.

Vezi fisierul pdf de mai jos.Acolo este legare in stea.

Recomand ca fiecare faza sa aiba conductor de culoare diferita, iar inceputurile si sfarsiturile de grupeaza separat cate trei, pentru o identificare ulterioara mai usoara.Eventual se marcheaza tragand peste fire varnish termo.

Tot varnish termo se foloseste la izolarea conexiunilor intre bobine.Lipituri sanatoase, fara economie de fludor.

Se verifica si rasverifica coexiunile, fiindca odata turnat statorul nu se mai poate interveni.

La sfarsit vom avea afara din stator 6 conductori.

Nu se foloseste conductorul emailat pentru a scoate conexiunile afara fiindca acesta se rupe destul de usor.Daca se rupe unul, PA stator :jytuiyu .

Recomand sa se iasa afara cu 6 fire pt a avea posibilitaea de a lega statorul fie in stea(recomandat) fie in triunghi(daca elicea nu se tureaza suficient).

Trecem cum la turnarea statorului cu rasina epoxidica.

Se foloseste rasina fie Epojet de la Mapei, fie de la Sika(din magazinele Dedeman, Hornbach, etc) fie de la Poicolor.Se amesteca rasina cu pudra de talc in proportie masica de 5(rasina):1(pudra)(???) Arcadius poate ca intervine aici.

Nu stiu exact raportul, fiindca eu am folosit o substanta speciala de amestec-un fel de faina de sticla.Este un kit gata preparat, care da rezultate foarte bune.Dar si costa.

NU rasina poliesterica(se intareste foarte rapid , cu degajare de caldura si crapa), NU poliuretanica ( e putin elastica si ...statorul se curbeaza.)

Asa am facut noi.

 

Am folosit sistemul inchis.Conexiunile cu firele de legatura sunt cu niste bucsi speciale-e mai complicat.

Cu fire mie personal mi se pare mai sigur.

Sau la americani, explicat mai in detaliu

 

Atentie unde se dau gaurile de fixare ale statorului-sa nu dam in fire.

Asa arata statorul meu.

Va urma.

s1.pdf

post-32004-139829729341_thumb.jpg

post-32004-139829729348_thumb.jpg

post-32004-139829729352_thumb.jpg

Link to comment
  • 2 weeks later...
Guest pittbul

Salutare si La Multi Ani, frumoasa prezentare rinaldoparaipan ,as avea si eu ajutor la constructia unei eoliene verticale, ma-ti putea ajuta macar cu niste informatii sau as putea lua lectii de la cei cu experienta. Am niste magneti dar sunt de ferita "' asa a fost bugetul"' 50x30x15 as putea scoate ceva cu ei? Mai am niste acumulatori, as dori sa stiu ce grosime sa aibe sarma, sa cumpar si pentru stator

Link to comment

CAP.3 MONTURA DE PRINDERE A GENERATORULUI SISTEMUL DE IESIRE DIN VANT COADADetaliile de executie sunt prezentate in manualul lui Hugh Pigott.Recomand a se folosi editia 2009 sau mai recent (daca o exista) fiindca aici apare o modificare importanta, si anume:offsetul(decalajul) axului turbinei fata de axul stalpului este pe partea dreapta, fata de editiile anterioare unde era pe stanga.Offsetul pe dreapta are o influienta favorabila la iesirea din vant a turbinei-in sensul ca palele tind sa se departeze de stalp(combinatia efectului giroscopic al palelor cu efectul de rotire in plan orizontal a intregului ansamblu).M-am jucat cu o roata de bicicleta si am testat fenomenul.Se pot folosi fuzete de BMW, Opel Vectra(fuzeta spate) sau rulmenti tip UCF.Acestia din urma au avantajul ca au flansa de prindere patrata-deci se pot fixa cu suruburi de un cornier- si au camasa interioara lata.Trebuie ca un rulment sa fie radial, celalat radial -axial.Singura problema la acest tip de rulmenti este faptul ca trebuie facut un ax de adaptare intre rulment si flansa de prindere a discurilor generatorului.La executia monturii de prindere trebuie atentie la acel unghi de 4 grade al axului generatorului fata de verticala.Calculul iesirii din vant se face astfel:Forta de impingere a turbinei Ft=(D2 x v2)/24 unde D=diametrul turbinei v=viteza vantuluiMomentul fortei dat de turbina Mt=(Ft x off) unde off este offsetul(decalajul intre axul turbinei si axul stalpului, de regula 10-15 cm)Sa presupunem ca turbina are diametrul de 4m, offsetul de 10 cm si vrem sa iasa din vant la 10m/s.Ft=(42x102)/24=66.7kgMt=66.7x0,10=6,67kgmDeci avem nevoie de un moment al fortei dat de coada de 6,67kgm, care sa echilibreze momentul turbinei.Momentul fortei dat de coada Mc=Fc x Lc unde Fc=forta data de greutatea cozii Lc=lungimea coziiFc=Gc x sin450 x sin 200 unde 450 este unghiul pe care il face coada cu elicea in plan orizontal, respectiv 200 unghiul din plan verical(vezii detaliile din cartea lui Pigott)Presupunem ca greutatea cozii este de 15kg.Fc=15x0.707x0.342=3.63kgLungimea cozii va fi Lc=Mc/Fc.Asa cu am zis, Mt=Mc, deci Lc=6,67/3,63=1.84m.Calculul este oarecum aproximativ, greutatea trebuie optimizata prin incercari.Suprafata cozii, functie de diametrul turbinei este data in cartea lui Pigott.Pentru coada se poate folosi policarbonat, alucobond, tabla de aluminiu,etc.Nu recomand PAL sau OSB fiindca sunt sensibile le umezeala(chiar si vopsite/lacuite, cantul tot trage umezeala). Va urma.

Link to comment

@pittbul:Un amic de-al meu, prezent pe alt forum, a facut o verticala si nu prea a dat randament.Ca atare, a inlocuit-o cu o orizontala, care produce dublu(acelasi generator cu magneti de ferita, acelasi amplasament)In primavara vom ridica o verticala cu pale de 3m inaltime si 3,20 diametru.Sfatul meu ar fi sa incepi cu o orizontala, fiindca verticala e mult mai pretentioasa(tip si profi pale, sistem de transmisie, comportarea la vant puternic, etc)Daca totusi vrei, iti pot da niste schite pentru "coastele" palelor.Bafta!

Link to comment
Guest pittbul

Iti multumesc pentru promtitudine, as dori verticala deoarece va fi pusa pe un teren unde nu voi fi tot timpul, si are destul timp la dispozitie sa incarce niste acumulatori. o sa folosesc energia pentru un hidrofor si un reflector din leduri pe care l-am construit. Daca m-ai putea ajuta dau o bere icon_jook sau o naveta. Am niste magneti din ferita de 50x30x15 si trebuie sa iau sarma si nu stiu ce grosime

Link to comment

Pai tu crezi ca daca stai langa ea, verticala produce mai mult?Unde vrei sa o amplasezi?Din contra, orizontala e mai sigura, iese din vant, pe cand verticala, daca intra pe ture nu prea se mai opreste(mai ales la magneti de ferita care au B-ul mic, deci franarea electrodinamica slaba).Pentru inceput:discuri ai?Ca sa facem o bobina de proba.Eu as merge pe sarma de 1,6.Facem bobina, o testam,dar cred ca alegerea mea e buna.Imi place Timisoreana.

Link to comment
Guest pittbul

Trebuie sa cumpar sarma penru bobine si discuri. Si trebuia niste sfaturi in legatura cu ele, am inteles ca discurile trebuie metalice sau nu este obligatoriu?

Link to comment

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
×
×
  • Create New...

Important Information

We have placed cookies on your device to help make this website better. You can adjust your cookie settings, otherwise we'll assume you're okay to continue.Terms of Use si Guidelines