Construcción - Construction

Hemos estado trabajando duro en el proceso constructivo del aerogenerador, fabricando las sujeciones para las palas, los ejes, algunas piezas de fácil mecanizado y algunos trabajos en soldadura. Las piezas que requerien mecanizados más complejos se están realizando en maestranzas especializadas en trabajos de precisión, ya que algunas de ellas deben alojar rodamientos y deben quedar perfectamente alineadas, para evitar desbalanceos mayores en el eje.

El principal problema encontrado a la hora de fabricar el molino ha sido la dificultad para encontrar los materiales constructivos de partes como los ejes fijos y rotores. Aún cuando se fabrican en una gran variedad de dimensiones, las que mejor se ajustaban al diseño eran muy difíciles de encontrar o simplemente no se comercializan más en nuestra zona. Al intentar diseñar y fabricar este aerogenerador de tal modo que resulte más asequible que otros sistemas ya existentes, y teniendo en cuenta que los materiales que lo componen deben ser fáciles tanto de trabajar como de encontrar en el mercado, nuestro diseño tuvo que ser modificado bastante conforme avanzó el año.

En algunos puntos no se puede escatimar demasiado en gastos, como en la elección de rodamientos y demás elementos de precisión.

Aquí van algunas fotos del proceso constructivo, seguiremos informándoles prontamente.

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We have been working very hard in the construction of the wind turbine, making the scoops' "skeleton" structure, the shafts, some easily machinable parts and some welding too. Other more complex parts have been sent to be made at specialized workshops, like the ones that must house bearings, for example.

The main problem in the construction process has been the difficulty to find some of the materials needed, like the tubes used as shafts. Even though they are made in a large range of dimensions, the ones that best fitted our design and purpose were usually very hard to find or permanently out of stock in our zone. As one of our objectives is to build a wind turbine that is cheaper than other sistems available in the market, and made of materials that are readily available and easy to work with, our design had to be modified heavily during the year.

Some parts were not necessarily the cheapest option: bearings and other precision elements were carefully chosen, these have an important effect on overall performance.

Some photos of the constructuion process, more to come soon...

Modelo del Rotor en Funcionamiento

Hola nuevamente,
Aquí están, como fue prometido, un par de videos del rotor mientras está girando. Notar que la sujeción del eje fue camabiada completamente con respecto a lo que se tenía anteriormente, fijándolo mejor a la base. Disfruten!

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Hello again,
As promised, a couple of videos of the windmill spinning have been uploaded for your enjoyment. Note that the windmill's axis has been fixed differently (you can see that in the older photos), and consecuently also spins better.
Hope you like them!

¿Por qué la forma Helicoidal? Parte I.

Las razones para escoger este peculiar diseño son variadas, y será entre un poco de Historia y datos curiosos (e importantes) que éstas se expondrán:

El finés Sigurd Savonius inventó el rotor que lleva su nombre a mediados de la década de los '20, y desde entonces el rotor en cuestión ha sido objeto de numerosos estudios que han ayudado a determinar las variables que inciden en su eficiencia. Sus principales ventajas consisten en la relativa facilidad de construcción, su costo reducido en comparación a otros aerogeneradores y su bajo nivel tecnológico, lo cual lo hacen especialmente adecuado para países en vías de desarrollo y para poblados aislados y de pocos recursos.

Sin embargo, debido a que funciona gracias al arrastre que produce el viento en sus palas (la diferencia de arrastre que se genera en las palas -una es cóncava y la otra convexa- causa un momento de torsión total respecto al eje distinto de cero en la presencia de suficiente viento, produciendo el giro), implica que exista una gran pérdida de energía causada por el rozamiento con el aire de la pala que va en contra del viento.

Esta es la razón por la cual se ha optado, en la mayoría de los casos, por utilizar aparatos que funcionen principalmente por el fenómeno de sustentación (lift), como el aerogenerador tradicional de eje horizontal (HAWT*) o el más escaso tipo Darrieus (de eje vertical, o VAWT**). Mientras un buen aerogenerador de eje vertical puede tener un coeficiente de potencia Cp (Potencia Extraída/Potencia Disponible en el Viento) cercano a 0,45 (máximo teórico, o límite de Betz: 0,593), un Savonius Tradicional difícilmente superará un 0,2 como Cp.

Esto significa que bajo las mismas condiciones de viento y con área barrida igual en ambos casos, un HAWT podría generar más del doble de energía que un rotor Savonius, cuando éste último se encuentra en su peak de Cp (el coeficiente de potencia varía con el tip speed ratio, o TSR, que equivale a: [velocidad del punto más alejado del eje de rotación/velocidad del viento]. En un Savonius ocurre alrededor de TSR=0,8).

El Sr Savonius introdujo un detalle muy importante en su modelo, que consiste en el traslape existente entre las dos palas que forman el aparato. Esto permite aumentar la eficiencia en la extracción de energía, debido a la adición de un factor de sustentación (no muy grande) al ya comentado factor de arrastre.
Como se puede apreciar en el modelo de la imagen, hemos incluido esta característica a nuestro diseño, con la misma intención que don Sigurd:

-Fin Parte I-

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The reasons for choosing this peculiar helical design are many, and they will be exposed in the following lines, mixed with a bit of History and some important facts...

Finnish engineer Sigurd Savonius invented the rotor that bears his name in the mid 1920's, and since then it has been subject of numerous studies, which have helped to determine the variables that affect its efficiency in terms of power generation. Its main advantages are that it's relatively easy to make, it's not too expensive compared to other wind turbines, and it's technology is not at all sophisticated, reasons that make it especially suitable for underdeveloped countries.

However, due to the fact that it works primarily thanks to drag, the overall efficiency is very low. The drag difference between the concave and convex parts of the rotor is responsible for making it spin. Its low efficiency is the reason why the wind turbines that work with a better combination of lift and drag are the most widely used, like the common Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) and the -not so common- Darrieus type Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). A good way of measuring power efficiency is through the power coefficient Cp (Power Extracted/Power available in the wind). A good HAWT will have a Cp of around 0.45, while a traditional Savonius will usually not exceed a Cp of 0.2 (the theoretical maximum, given by Betz' Law, is 0.593).

This means that under the same wind conditions and an equivalent swept area, a HAWT will generate more than twice the amount of energy than a Savonius operating at peak Cp (Cp value is related to the tip speed ratio or TSR, that is equivalent to [speed of the rotor's tip/wind speed]). A Savonius rotor peaks at about TSR=0.8

Mr. Savonius added a very important detail to his design, which consists in the scoops overlap, which adds a small lift component to the rotation, improving the rotor's efficiency. We've also designed our prototype with overlap, with the same intentions as the nordic inventor.

-End of Part I-

*HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine

**VAWT: Vertical Axis Wind Turbine

(not sure who the man in the picture with the three-phased savonius is)

El Proyecto Avanza...

Tras un largo tiempo separados del blog, volvemos para dar signos de vida nuevamente. El proyecto avanza en todas sus etapas, y más lo más importante de todo es que el diseño en sí ya se encuentra en su etapa final, sólo restando algunos detalles dimensionales.

No daremos mucha información concerniente a lo último todavía, aparte de que el material de las palas será definitivamente planchas galvanizadas. Pero mantengan la paciencia, publicaremos más detalles una vez que comience la construcción.

Los deleitaremos por ahora con unas imágenes de un modelo más grande que los que utilizaremos para el túnel de viento. Este modelo fue construido antes del comienzo del proyecto (pero fue dejado de lado), y fue terminado hoy. ¡Pronto un video del pequeño prototipo en funcionamiento!

No olviden visitar la Galería de Fotos...

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After a long time without posting, we're back again. The project has progressed fairly in all it's parts and, most importantly, the actual design of the windmill is in it's final stages (a few dimensional details are still being discussed).

We won't let out much information information yet, apart from the fact that the rotor will be made out of galvanized steel sheets. We'll keep you informed with more details once the construction begins...

The images you see below picture a model of the rotor, which is about 2.5 times bigger than the models used in the wind tunnel. This model was started before the project sarted (but it was left aside), and was finished today, just for the joy of seeing it working! Soon we'll add a movie of it turning!

Don't forget to visit the Photo Gallery...

Material de las Palas

Hoy se realizaron pruebas para comprobar si uno de los candidatos al material del que estarán hechas las palas es efectivamente utilizable.

Para ello se dobló una plancha de acero recubierta de zinc de la manera más similar al montado final de las palas sobre el aerogenerador, con el objetivo de asegurarnos que la plancha no presentara "arrugas" u otras complicaciones que podrían estropear el material. Se utilizaron dos marcos de madera para ayudar a fijar la forma final.

El resultado fue altamente positivo: procurando manejar la plancha con cuidado, ésta soportaba los dobleces a los cuales la sometimos, por lo que es una buena opción para constituir las palas. Además las planchas son relativamente baratas, de gran disponibildad, fáciles de trabajar y no muy pesadas (utilizamos de 0,35 mm de espesor).

¡Pronto más avances!


//English//
Today we tested one of the possible materials of which the rotor will be made of, to see if it could be used in this application.

We tested a sheet of steel plated in Zinc to check if it would withstand the degree of doubling required for its use in the rotor, trying to recreate as best as possible the final setup for the individual scoops. We used wooden boards cut out in semi circles to help us keep the shape along the way.

The result was highly positive: we were able to bend the sheet into the right position and didn't bend strangely or permanently anywhere, proving to be a good option. Laminated steel sheets are also relatively cheap, readily available, easy to work and not very heavy (we used a 0.35 mm sheet).

More progress soon!