Generador Savonius

8/9/2019 Generador Savonius

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LA VERITAT(www.amics21.com)

Cmo construir un generador elico conun barril de petrleo de 200 litros paraproducir energa sin el contenido del

mismo(generador Savonius)

dedicado a mi hija Claudia el 19 de agosto de 2008

por Manuel Franquesa1

ndice

1. Introduccin.................................................................................................. 12. Unas palabras sobre la energa elica en general.................................... 2

2.1 El seor Betz, la energa del viento y la potencia de un aerogenerador... 22.2 Velocidad de giro de una elica................................................................ 3

3. Construccin del generador Savonius....................................................... 33.1 Generalidades .......................................................................................... 33.2 Descripcin ............................................................................................... 43.3 Potencia de un generador Savonius......................................................... 53.4 Factor de multiplicacin ............................................................................ 73.5 Sistema elctrico .................................................................................... 123.6 Conclusin.............................................................................................. 13

1. Introduccin

Piensa globalmente, acta localmente

Tarde o temprano, el calentamiento global y la escasez del petrleo nosobligar a buscar energas ms respetuosas con la naturaleza.

Este breve manual te dar una idea de cmo se puede construir unaerogenerador con uno (o dos) barril(es) de acero de 200 litros, de esos que seutilizan para transportar petrleo.

Esta sencilla mquina se llama generador Savonius, en honor a su inventor.

1

Autor de Kleine Windrder : Berechnung u. Konstruktion - Wiesbaden ; Berlin : Bauverlag,1989. ISBN 3-7625-2700-8


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Su potencia es bastante modesta, pero es una mquina muy bella, econmicay relativamente fcil de construir. Otra gran ventaja es que al tener el ejevertical, la direccin del viento no importa.

Pero ojo: como toda mquina que gira, un aerogenerador es un artefacto

bastante peligroso!

Hay que utilizar piezas MUY ROBUSTAS y mantenerse alejado del rotoren movimiento!

2. Unas palabras sobre la energa elica en general

2.1 El seor Betz, la energa del viento y la potencia de un aerogenerador

La mxima potencia que le podemos sacar al viento, ya sea con un molinode viento quijotesco o un aerogenerador de ltima generacin (en lo siguienteelica), se calcula con la siguiente frmula aproximada, que tiene en cuentatodas las prdidas (mecnicas y aerodinmicas) de la mquina:

P = 0,15 D2 v

Pes la potencia expresada en vatios [W] D es el dimetro del rotor en metros [m] ves la velocidad del viento en metros por segundo[m/s].

Esta sencilla frmula es fruto del seorBetz, un sabio alemn que en 1926public el primer tratado sobre la teora aerodinmica aplicada a las turbinaselicas.

Lo primero que salta a la vista es que la potencia aumenta con el cubo de lavelocidad del viento, o, expresado de otro modo, a ms viento, mucha msenerga.

Ejemplo:

Qu potencia mxima podra generar una elica cuyo rotor tiene un dimetro

de 6 metros?

Si el viento sopla a 10 m/s (= 36 km/h), la potencia del molino serP = 0,15 36 10 = 5400 [W] = 5,40 [kW] (1 kW = 1000 W)

Pero si sopla a 20 m/s (= 72 km/h), la potencia serP = 0,15 36 20 = 43200 [W] = 43,20 [kW]

Conclusin: a doble velocidad del viento, obtendremos 8 veces ms energa.


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2.2 Velocidad de giro de una elica

La velocidad de giro de una elica se puede calcular con la siguiente frmula:

n = (60 v) / ( D)

n es el nmero de revoluciones por minuto [rpm] El factor se llama velocidad especfica del rotor elico y depende de la

anchura y del ngulo de calado de las palas. Puede tener un valornominal comprendido entre aprox. 1 y 14. En el rotor Savonius quevamos a construir, este factor tiene un valor comprendido entre 0,9 y 1,1.

ves la velocidad del viento en metros por segundo[m/s]. D es el dimetro de la elica en metros [m]

Para hacerse una idea:

En un aerogenerador moderno de 20 metros de dimetro (los que se utilizan enlos controvertidos parques elicos), este factor es del orden de = 8.

Calculemos con esta frmula su velocidad de giro bajo un viento de 10 m/s(= 36 km/h):

n = (60 8 10) / ( 20) = 76,4 rpm

No parece mucho, pero las puntas de las alas giran a 288 km/h! Esto producemucho ruido y es un grave peligro para las aves.

Reglas generales:

a ms dimetro, menor velocidad de giro

un mayor nmero de aspas o palas no aumenta necesariamente lavelocidad de giro, pero aumenta el rendimiento del rotor elico.

3. Construccin del generador Savonius

3.1 Generalidades

La siguiente imagen te dar una idea de la construccin y el funcionamientode un generador Savonius:


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Fig. 3.1 Principio de un aerogenerador Savonius

3.2 Descripcin

El rotor consta de las dos mitades de un barril de 200 litros, unidas abajo yarriba por sendas barras de refuerzo, que a su vez irn fijadas al eje. Las dosmitades del barril se pueden fijar a estas barras mediante remaches o tornillos.El eje del rotor se soldar a estas barras. Debido a la gran resistencia que esterotor ofrece al viento, es conveniente utilizar cojinetes en ambos extremos del

eje. Estos cojinetes se fijarn a un marco de acero robusto, que deber tener lasuficiente anchura para dar cabida al rotor, a la polea de transmisin y el


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alternador o dinamo (generador elctrico). El marco deber anclarseslidamente a una base lo ms elevada posible (columnas, torreta), en un lugardonde el viento pueda circular libremente (a cierta distancia de la casa o deotros obstculos (muros, rboles etc.). Los pequeos montculos o elevacionesdel terreno siempre ofrecen mejores condiciones para el viento. No es

conveniente montar el rotor Savonius sobre un muro, ya que ste disturbar lalibre circulacin del viento.

Las dos mitades del barril debern fijarse a las mencionadas barras dejandouna ranura o espacio entre ellas (distancia e en el dibujo). Para un barrilestndar (altura H = 90 cm, dimetro d = 57 cm, aproximadamente), la ranuradeber tener una anchura de e = 10 cm. (para otros rotores Savonius eopt=d/6)

(Esta ranura es bastante importante, ya que a travs de ella puede pasar elaire, aumentando as el rendimiento de rotor).

Nota: Buscar tambin imgenes de generador Savonius en Internet. Haymuchas que os darn una idea de cmo construir el vuestro. Ejemplo:

Fig. 3.2 Generador Savonius con dos barriles superpuestos = doble potencia

3.3 Potencia de un generador Savonius

Segn mediciones realizadas en un tnel de viento2, la potencia mxima que

un rotor Savonius construido con un barril puede desarrollar es:

2 Le Gourires, D.: negie Eolienne. Thorie, conception et calcul pratique des installations. Paris,Editions Eyrolles, 1980


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Pmax= 0,18 H D v [W]

Sin embargo, teniendo en cuenta todos los rendimientos del conjunto (rotor(50%, sistema de transmisin (90%), alternador de coche (50%)), la potenciamxima de un aerogenerador construido con 1 barril ser de aproximadamente

(HD = 0,94 m):

Pmax= 0,08 v [W]

Nota: para obtener la potencia en vatios [W], la velocidad del viento v deberintroducirse en metros por segundo [m/s] y la altura H y el dimetro D enmetros [m].De modo que para un viento de 10 m/s (= 36 km/h), nuestro generadorSavonius (1 barril) desarrollar una potencia mxima Pmax= 80 W.Si viviramos en un lugar con un viento constante

3, que soplara durante las 24

horas del da a una velocidad media de 10 m/s, la energa diaria que podramos

acumular en bateras de coche de 12 voltios sera:E = 80 W 24 horas = 1920 Wh = 1,92 kWhlo que equivale a cargar las bateras con aprox. 190 Ah (amperios-hora).

En los modern times que nos han tocado (sobre)vivir, esto parece poco (unaparato de aire acondicionado consume esta energa en poco ms de unahora), pero como por narices tendremos que ir a menos, con 2 kWh se puedeiluminar modestamente una casa y hacer funcionar algunos aparatos pequeos(radio, TV) durante un tiempo aceptable...Si adems tenemos montados unos paneles solares sobre el tejado, estaenerga puede incrementarse bastante.La siguiente tabla muestra la potencia y la velocidad de giro aproximadas quenuestro generador Savonius tendr en funcin de la velocidad del viento:

Potencia mxima [W]Velocidad del viento [m/s]

1 barril 2 barriles

Velocidad de giro ptima[rpm]4

5 (= 18 km/h) 10 20 75

7 (= 25,2 km/h) 27 54 105

10 (= 36 km/h) 80 160 150

12 (= 43,2 km/h) 138 276 180

14 (= 50,4 km/h) 220 440 210

16 (= 57,6 km/h) 327 654 24020 (= 72 km/h) 640 1280 300

Tabla 3.3.-1 Potencia mxima de un aerogenerador Savonius construidocon 1 o 2 barriles de 200 litros en funcin de la velocidaddel viento

En realidad, para vientos por encima de los 12 m/s, estas velocidades de girosern algo inferiores, siempre y cuando las bateras se estn cargando (sincarga, el rotor se embala)5.

3 Esto puede ocurrir a orillas del mar o en determinadas zonas montaosas (valles, mesetas etc.)4 Revoluciones por minuto


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La siguiente figura muestra las curvas caractersticas de un rotor Savonius enfuncin de su velocidad de giro para cuatro velocidades del viento (8, 10, 12 y14 m/s). Las curvas superiores corresponden a la potencia y las inferiores alpar de giro desarrollados por el rotor.

Potencia

Par de giro

Fig. 3.3 Curvas caractersticas de un rotor Savonius (un barril de 200 litros,Fig. 3.1)

3.4 Factor de multiplicacin

Antes de empezar, decir que un alternador de coche no es la mejor eleccinpara un aerogenerador. El rendimiento de estas mquinas es psimo (frutodel bajo precio del petrleo de antao): no suele pasar del 50%. Sin embargo,la ventaja es que son robustos, baratos y fciles de conseguir. Si nonecesitamos urgentemente un mayor rendimiento de nuestro aerogenerador,podemos empezar con un alternador de coche.

Para que un alternador de coche empiece a suministrar amperios, su velocidadde giro debe ser bastante elevada (mnimo aprox. 750 rpm). Como hemos

5 Para nuestros lectores tcnicamente ms avanzados: bajo grandes vientos, las bateras se pueden cargaren un tiempo relativamente corto. Una vez llenas, el regulador del alternador las desconectaautomticamente, de modo que el rotor al no tener trabajo- se puede embalar peligrosamente

(vibraciones!). Hay quien quema la corriente sobrante en una resistencia para frenar el rotor.Recuerde que un generador Savonius no se puede sacar del viento, y aunque se pueda bloquear con unfreno mecnico, siempre ofrecer al viento una superficie relativamente grande,


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visto ms arriba, el rotor gira a bastante menos velocidad, de modo quetendremos que multiplicarla. El mtodo ms simple y econmico es utilizar dospoleas de diferente dimetro y una correa de transmisin (ver dibujo). Elalternador de coche ya lleva su correspondiente polea, cuyo dimetrogeneralmente oscila entre 4 y 8 cm.

A continuacin, la caracterstica corriente versus velocidad de giro de unalternador de coche:

Fig. 3.4-0 Caracterstica corriente-velocidad de giro de un alternador de coche

Vemos que el alternador empieza a suministrar corriente a aprox. 750 rpm. A

unos 1000 rpm, la corriente es de aprox. 27 amperios.

Si la tensin de carga es de 14 voltios, la potencia suministrada por elalternador a 1000 rpm ser aproximadamente 14 V 27 A = 378 W:

De modo que entre 750 y 1000 rpm, la corriente aumenta de modoprcticamente lineal. A continuacin, la curva de potencia del alternadorcontemplado:

Fig. 3.4-1 Curva de potencia del alternador

Traslademos ahora esta curva al campo de caractersticas del rotor Savonius(Fig. 3.3), respetando su inclinacin:


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Fig. 3.4-2 La curva de potencia del alternador trasladada al campo de curvasdel rotor Savonius construido con un barril de 200 litros

Posicionaremos la curva del alternador de tal modo, que corte las curvas delrotor Savonius lo ms cerca posible de sus respectivos mximos:

En la posibilidad 1 de la Fig. 3.4-2, la curva del alternador corta la curva delrotor correspondiente a un viento de 8 m/s en su punto mximo, pero para lasdems velocidades del viento se aleja considerablemente de los respectivosmximos.

La posibilidad 2 es mejor, puesto que pasa cerca de los mximos de todaslas curvas del rotor correspondientes a los vientos ms frecuentes (entre 8 y 14m/s).

Para determinar el factor de multiplicacin correspondiente haremos losiguiente: la recta 2 corta el eje horizontal aproximadamente en el punto170 rpm, que equivale a las 750 rpm del alternador. Por lo tanto, el factor demultiplicacin ser:

k= 750 : 170 = 4,4


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En la Fig. 3.3 vemos que bajo un viento de 14 m/s el rotor Savonius desarrollauna potencia mxima de aprox. 210 W, lo que equivale a una corrienteaproximada del alternador de 210 W : 14 V = 15 amperios.

Para calcular el factor de multiplicacin de cualquier alternador, necesitaremos

conocer dos puntos de trabajo de su caracterstica de corriente:

n0 = velocidad de giro bajo la cual empieza a suministrar corriente y, porejemplo

n15 = velocidad de giro bajo la cual suministra aprox. 15 amperios.

Con estos dos puntos de trabajo podremos dibujar la caracterstica de lacorriente del alternador (una recta) y multiplicndola por la tensin de carga(14 voltios)- la caracterstica de potencia del alternador, tal como hemos hechoen la Fig. 3.4-1.

Si slo conocemos el valorn0, podemos hacer un primer intento con elsiguiente factor de multiplicacin:

k = n0 : 170

Paran0 = 1000 rpm, el factor de multiplicacin sera aproximadamentek= 1000 : 170 = 5,9

Para calcular el dimetro de la polea fijada al eje del rotor Savonius (poleagrande, Fig. 3.1), tendremos que multiplicar el dimetro de la polea delalternador por el factor de multiplicacin kestimado:

dimetro de la polea grande = k dimetro de la polea del alternador

Dimetro aprox. de la polea grandeVelocidad de giro bajo la cual el alternadorempieza a suministrar corriente (n0)

Dimetro de lapolea del

alternador4 cm


alternador6 cm


alternador8 cm

800 rpm (factor de multiplicacin = 4,7) 19 28 381000 rpm (factor de multiplicacin = 5,9) 24 35 471200 rpm (factor de multiplicacin = 7) 28 42 561400 rpm (factor de multiplicacin = 8,2) 33 49 65

Tabla 3.4-1 Determinacin del dimetro aprox. de la polea de transmisin delrotor Savonius (polea grande, Fig. 3.1)

Observaciones: De todos modos, el dimetro ideal deber encontrarseprobando. Los motores de las taladradoras de sobremesa tienen una piezacnica, formada por una torre de poleas de diferente dimetro (polea mltiple,Fig. 3.4-3). Esto permite adaptar rpidamente la velocidad de giro ptima(prever un sistema para poder subir, bajar y tensar el alternador cada vez quese prueba otro dimetro.Como vemos en la tabla, es conveniente elegir un alternador con una polea demenor dimetro, de lo contrario la polea del rotor Savonius deber tener undimetro bastante grande.


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Fig. 3.4-3 Alternador con polea triple

Los puntos de interseccin de la curva 2 (Fig. 3.4-2) con las curvas del rotor

Savonius nos permiten calcular la caracterstica corriente versus velocidad delviento del aerogenerador Savonius:

Velocidad del viento Potencia aprox.desarrollada por el rotor

Savonius

Corriente aprox.suministrada por elalternador (a 14 V)

8 m/s 40 W 2,5 A10 m/s 75 W 5 A12 m/s 125 W 9 A14 m/s 200 W 14 A

Tabla 3.4-2 Corriente suministrada por un aerogenerador Savonius construidocon un barril de 200 litros (ver Fig. 3.1) y el alternador con lacaracterstica representada en la Fig. 3.4-0 en funcin de lavelocidad del viento

Si utilizamos dos rotores Savonius superpuestos (Fig. 3.2), la potencia y elpar de giro del conjunta se duplicarn, es decir:

Velocidad del viento Potencia aprox.desarrollada por los 2

rotores Savoniussuperpuestos

Corriente aprox.suministrada por elalternador (a 14 V)

8 m/s 80 W 5 A10 m/s 150 W 10 A12 m/s 250 W 18 A14 m/s 400 W 28 A

Tabla 3.4-3 Corriente suministrada por un aerogenerador Savonius construidocon dos barriles de 200 litros (ver Fig. 3.2) y el alternador con lacaracterstica representada en la Fig. 3.4-0 en funcin de lavelocidad del viento


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Fig. 3.4-4 Curvas caractersticas de un rotor Savonius construido con dosbarriles de 200 litros superpuestos (ver Fig. 3.2)

3.5 Sistema elctrico

Sobre el sistema elctrico no diremos mucho. Consultad con un buenmecnico o electricista de coches. Es importante saber si el reguladorqueel alternador lleva incorporado (un dispositivo electrnico que impide que latensin suba demasiado, limita la corriente de carga y desconecta la bateracuando est llena) puede servir para cargar la batera del aerogenerador

Savonius.Conviene utilizar el alternador de un coche pequeo (de motocicleta?), ya quecon un solo rotor Savonius raramente obtendremos ms de 10 amperios (20amperios con un rotor de 2 barriles).

Nota importanteTened tambin en cuenta que si el aerogenerador Savonius est muy lejos dela casa, para transportar la corriente a 12 voltios os harn falta unos cables conuna seccin tremenda, lo cual al precio que est el cobre no es nadareconfortante!


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3.6 Conclusin

Debo confesar que personalmente nunca he construido un generador

Savonius. Lo que os hemos presentado aqu es puramente terico.

Sin embargo, estoy convencido de que al menos con respecto al factor demultiplicacin he dado en la diana. En el peor de los casos, es decir, si vuestroSavonius construido con un barril no suministrara suficiente corriente, siemprepodis aadirle otro (Fig. 3.2). De este modo, llegaris ms rpidamente a latercera lnea del viejo proverbio chino, que reza as:

Lo que oigo (leo), me olvido,lo que veo, me acuerdo,lo que hago, entiendo

Os deseo mucha salud, mucho humor y suficiente viento!

Este humilde manual tambin est disponible en alemn:http://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_deutsch.pdf

en ingls:http://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_english.pdf

y en francs:http://www.amics21.com/laveritat/aerogenerateur_savonius_francais.pdf

Ver tambin nuestro manual para construir un aerogenerador de ejehorizontal con palas de chapa curvada en

http://www.amics21.com/laveritat/manual_generador_eolico.pdf
http://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_deutsch.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_english.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_english.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/manual_generador_eolico.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/manual_generador_eolico.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_english.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_english.pdfhttp://www.amics21.com/laveritat/savonius_generator_deutsch.pdf

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