Construir uma turbina eólica de três pás
Fazer uma turbina eólica para uso doméstico destina-se apenas a entusiastas experientes e muito informados.
De fato, os riscos envolvidos em uma turbina eólica mal projetada e uma instalação elétrica defeituosa são grandes. Além disso, seu equipamento não seria rentável e não permitiria cobrir suas necessidades.
Para embarcar na aventura de construir uma turbina eólica, é melhor ser muito meticuloso, planejar bem o projeto antes de iniciá-lo, traçar planos e esboços precisos.
Além disso, a escolha dos materiais ou até mesmo dos elementos, caso decida comprar alguns em peças separadas, deve ser feita com atenção especial, para garantir sua confiabilidade e resistência.
Construir uma turbina eólica doméstica implica, no mínimo, um bom conhecimento em:
- mecânica: fabricação do gerador,
- eletricidade: realização da rede, acoplamento com um inversor, um regulador com retificador integrado, e baterias, gestão da corrente alternada e da corrente contínua,
- física: criação das pás, conhecimento do vento....
Vantagens e desvantagens. (Três pás)
- A vantagem indiscutível é uma partida geralmente mais rápida do que uma de duas pás para o mesmo vento. O torque também é maior. A fabricação não é mais complicada, exceto por algumas soluções simples visando otimizar o equilíbrio.
- A desvantagem, embora não seja um obstáculo, é um peso mais elevado. As fixações das pás também são um pouco mais complicadas, no entanto, as vantagens parecem prevalecer.
Esta tabela ao lado demonstra que uma hélice de duas pás bem construída será equivalente a uma Darrieus, ou seja, cerca de 24 a 40% de eficiência. A velocidade de rotação de uma hélice de duas pás é geralmente rápida. Por outro lado, a velocidade de rotação de uma hélice de três pás é cerca de 4% menor em relação a uma de duas pás, mas o torque será maior, especialmente na partida.
Seus projetos
Você já construiu uma magnífica unidade de duas pás, mas percebe que o deus Éolo não é muito favorável na sua região.
Ou então, você nota que o torque de partida ou o torque durante a autoexcitação do alternador freia demais seu dispositivo eólico.
Um rotor eólico de três pás poderia resolver esse “problema”
Ou então, você planeja construir uma unidade do zero.
Sua escolha recairá sobre uma hélice de três pás.
Em todos os três casos, uma abordagem ligeiramente diferente da construção de uma hélice de duas pás deve ser considerada.
Os critérios para sua escolha de materiais, madeira, alumínio, aço leve, materiais sintéticos, serão sensivelmente os mesmos que os expostos para a fabricação de hélices de duas pás.
Se sua escolha recair sobre a madeira, uma variação na abordagem deve ser cuidadosamente considerada.
As fixações na base das pás devem ser extremamente cuidadosas e respeitarão as normas dos ângulos de pá a pá, que será precisamente de 120 graus.
De fato, um desvio de apenas 4 graus pode fazer com que seu conjunto eólico vibre fortemente, vibração que pode levar à destruição. Veja mais adiante as implicações.
Que essas poucas observações não o desencorajem, nada é impossível para aquele, aquela, que quer absolutamente alcançar seus objetivos.
Vamos ver primeiro com o que fabricar nossa hélice de três pás dos nossos sonhos (construção das pás: madeira).
Podemos usar várias fontes de materiais para nossas hélices. Alguns são a proibir. Notemos o compensado comum e o balsa, que não atendem aos critérios de solidez. Vejamos nossas possibilidades.
A. Uma (ou mais) tábua(s) bem reta(s) de fio, como indicado em palerotor, será a opção mais simples
B e C. Uma (ou mais) tábua(s) de madeira laminada que seu marceneiro preparará para você será uma excelente solução. Duas possibilidades, a laminação em tiras (B) e a laminação em tábuas coladas de cabeça para baixo (C)
D. Um tronco de madeira cortado em três tábuas bem alinhadas permitirá obter 3 tábuas de peso quase idêntico.
E. A construção segundo o método de asas de aviões ou asas de modelos reduzidos é também uma possibilidade, embora essa abordagem seja abandonada, exceto por modelistas.
F. Um conjunto de pás em alumínio ou aço leve é uma abordagem atraente.
G. Um conjunto de pás em resinas sintéticas é a abordagem moderna de vários amigos que dominam o uso dessas resinas e fibras.
Se você planeja a construção com tábuas maciças, tábuas laminadas ou tábuas cortadas de um grande tronco, seu método de trabalho será idêntico.
Você pode usar o princípio de pá com ângulos fixos ou com ângulos variáveis. Como dito, uma pá com ângulos variáveis é mais eficiente, embora o traçado inicial seja um pouco mais complicado.
Se você usar a construção com nervuras como uma construção de asa de avião ou de maquete, deve considerar uma perfeita simetria das nervuras (cordas) e um suporte central muito sólido que será ao mesmo tempo o suporte das nervuras e o “eixo” de cada pá.
Um suporte em alumínio de qualidade aeronáutica é fortemente recomendado. Esse tipo de construção, embora pouco utilizado atualmente, permite uma variação importante dos ângulos de ataque.
O revestimento será idealmente de compensado fino (cerca de 2mm) de qualidade externa, ou, idealmente, de qualidade aeronáutica.
O suporte central, se você usar a construção totalmente em metal ou resinas sintéticas e fibras de vidro ou fibras de carbono, terá os mesmos critérios que a construção acima.
Sua escolha depende antes de tudo de você, de seus meios financeiros e habilidade.
Determine o tipo de pá em função da velocidade dos ventos na sua região.
A pá para ventos fortes será escolhida para ventos médios anuais de => 15 km/h.
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A pá para ventos fracos será útil para ventos médios anuais de <= 12 km/h
A maior largura (corda) na base da pá favorecerá um início mais rápido em ventos fracos
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Esse aumento de largura não prejudica o bom funcionamento quando os ventos se tornam mais fortes
As dimensões das pás do desenho acima são exageradas para compreensão
As duas imagens ao lado demonstram a primeira etapa a seguir se você construir suas pás em madeira maciça ou laminada. Você traça as curvas no plano e corta as partes supérfluas. Em seguida, antes de esculpir suas pás, você deve alinhar suas três pás de maneira idêntica. Isso permitirá um trabalho mais fácil posteriormente.
Nenhuma medida é fornecida. Estas dependem das dimensões que você terá calculado.
Suas três futuras pás são cortadas de forma idêntica. Você deve aplainá-las juntas de tal maneira que apresentem rigorosamente a mesma forma e um peso o mais idêntico possível.
Todos os lados são alinhados o mais limpo possível para facilitar o traçado posterior. Trace uma primeira prancha de acordo com os detalhes do desenho à esquerda.
Você deve primeiro afinar sua prancha a partir do ponto {ângulo 18 graus] em direção à extremidade. Este afinamento será progressivo e dependerá do comprimento/largura de sua futura pá. A parte [ângulo 20 graus] e o restante da base não serão tocados por enquanto. Uma linha reta será traçada na borda do lado de ataque, deixando pelo menos 5mm de folga para o acabamento posterior. Os ângulos sugeridos servirão como modelo. Do lado da borda de fuga, você traça outra linha reta que definirá a parte inferior de seus perfis. Você pode começar a aplainar o lado intradorso, ou seja, a parte plana ou ligeiramente côncava que ficará voltada para o vento. Comece pela parte do lado da base da pá em direção à extremidade [Tip]. Não faça lascas grandes, de fato, sua prancha é relativamente frágil e qualquer excesso pode quebrar as fibras. Você pode, em uma segunda etapa, usar uma lixadeira para aperfeiçoar seu trabalho.
Agora passe para a parte extradorso. Esta parte será idealmente moldada com a ajuda de uma lixadeira, usando lixas cada vez mais finas. As curvas e ângulos serão verificados. Em cada etapa, mantenha alguns milímetros de folga para os acabamentos. Sua primeira pá toma forma, ela deve apresentar uma forma semelhante às duas imagens ao lado. A curva na base da pá será bem arredondada como indicado.
Esta primeira pá servirá de modelo. As outras duas pás serão moldadas de forma idêntica. O acabamento de suas pás (construção em madeira) será realizado. Tenha um cuidado especial com as bordas de ataque e de fuga e a base da pá. Os arredondamentos serão o mais perfeitos possível. O acabamento antes do selante e pintura será feito com lixas de acabamento cada vez mais finas. Uma lixa de 140 a 180 será usada para uma superfície lisa. Os selantes, seja anti-umidade (altamente recomendado) e/ou selante de fibras, serão lixados com grande cuidado.
Finalmente, os vernizes ou tintas serão aplicados.
Suportes
Os suportes de hélice no eixo do motor serão idealmente fabricados em aço.
Este tipo de suporte será usado, em particular, para adaptar o eixo do motor ou eixo do alternador às placas de suporte da panela de freio ou suportes fixos de pás ou ainda suportes para um sistema de pás variáveis.
As dimensões são fornecidas para um dispositivo de 1,80 a 2,20 m de diâmetro.
O desenho ao lado mostra o princípio simples de montagem.
O suporte precisamente usinado é fixado por seis parafusos de inox na plataforma de suporte das pás fixas
Aumente ou diminua as dimensões conforme suas necessidades.
Sua hélice de três pás firmemente fixada em um eixo livre, sem restrições, você verifica seu traçado (pás de mesmo comprimento) e, sobretudo, a conformidade dos ângulos que devem ser absolutamente de 120 graus de pá a pá.
O equilíbrio estático pode ser verificado de acordo com um método simples usando um nível de bolha. Imagem ao lado.
Outra solução seria suspender seu grupo hélice com um fio fixado ao teto.
Seu grupo motor está agora concluído se você seguiu essas informações básicas.
Agora você pode fixar este grupo na nacela e no eixo do seu alternador ou no eixo portador.
Realize um teste em um poste provisório de 2 a 3 metros de altura. Verifique se seu rotor eólico gira perfeitamente e sem solavancos. Corrija qualquer desequilíbrio. Um pequeno erro de ângulo ou desequilíbrio pode derrubar tudo, então... é melhor gastar alguns minutos ou horas verificando e re-verificando antes de colocar seu equipamento no topo de sua torre.
Uma hélice de três pás cuidadosamente fabricada oferecerá centenas de horas de funcionamento sem problemas.
Uma rotação incomparavelmente suave e um torque a diâmetro igual, muito superior a uma hélice de duas pás.
Cada vez mais fabricantes industriais escolhem a hélice de três pás. Não sem razões.
