¿Cuál de los siguientes motores se adapta mejor como generador de viento? [cerrado]

Citando a Hugh Piggott

Potencia de la pala = 0,15 x diámetro^2 x velocidad del viento^3
= 0,15 x (2,4 metros)^2 x (10 metros/segundo)^3
= 0,15 x 6 x 1000 = 900 vatios aprox. (rotor de 2,4 m de diámetro a 10 metros/seg o 22 mph)

Conectando sus números:

(1) 0,7 m de diámetro
= 0,15 x (0,7 metros)^2 x (10 metros/segundo)^3
= 0,15 x 0,5 x 1000 = 75 vatios aprox.

(2) m diámetro
= 0,15 x (1 metro)^2 x (10 metros/segundo)^3
= 0,15 x 1 x 1000 = 150 vatios aprox.

Esta es la energía disponible del viento. Si trabaja de la misma manera para 11 mph (5 m/s), debería encontrar que 1/8 de la potencia está disponible, o apenas menos de 10 y 20 W. No nos ha dicho cuál es su perfil de velocidad del viento local, por lo que tendrá que revisar este cálculo usted mismo.

Ahora, antes de que podamos averiguar cómo extraer algo de ese poder, necesitamos saber qué tan rápido giran las cuchillas.

Rpm = velocidad del viento x tsr x 60/circunferencia
=3 x 7 x 60 /(2,4 x 3,14)= 167 rpm

Suponiendo que sigue su recomendación de una relación de velocidad de punta de 7 y no está interesado en velocidades inferiores a 5 m/s (11 mph) donde hay menos de 10 W disponibles:

(1) 0,7 m de diámetro = 5 * 7 * 60/(0,7*Pi) = 954 rpm

(2) 1 m de diámetro = 5 * 7 * 60/(1,0*Pi) = 668 rpm y estas velocidades se duplican potencialmente a 11 m/s.

Ahora podemos fijarnos en uno de sus motores: el CA-80-80, el primero de su lista

Este tiene Kv=160rpm/V y una resistencia del motor de 0,011 ohmios.

Kv=160 significa que, accionado directamente, debería generar 954/160 = 6 V (CA) del rotor de 0,7 m.

Dado que Kv se define en términos del voltaje de CC de activación, este puede resultar ser el voltaje de CA pico generado, en lugar del voltaje RMS. Lo que obtienes no está claro en las especificaciones del motor. Si es así, obtendrá apenas 5 V después del rectificador, pero si esos 6 V son el voltaje RMS, el pico de CA es de 8,3 V y verá alrededor de 7 V después de la rectificación.

Del rotor de 1 m obtendrá 668/160 = 4,1 V (CA) a 5 m/s (se aplican las mismas consideraciones).

Ahora, 10 W a 6 V significa que puede extraer 1,66 A, ajustando la resistencia de carga a 3,6 ohmios. Tomar más corriente que eso simplemente detendrá las cuchillas. Alternativamente, 20 W a 4 V significa que puede extraer 5 A con una carga de 0,8 ohmios.

Perderá algo de potencia en la propia resistencia del motor: a 5A, perderá I ^ 2 * R = 25 * 0.011 = 0.275 W (de 20 W: insignificante).

Por interés, veamos cómo funciona el rotor de 1 m a 10 m/s: la velocidad será de 1336 rpm, el voltaje de 8,35 V. La potencia disponible es de 150 W, por lo que la corriente = P/V = 18 A. Entonces, para extraer toda la potencia, debe ajustar la resistencia de carga a 8,35/18 = 0,46 ohmios y perderá 3,5 W en la resistencia del motor.

Ajustar la resistencia de la carga para extraer mejor la energía disponible está fuera del alcance de esta respuesta: generalmente lo haría un convertidor de conmutación como un controlador de batería inteligente, como los cargadores "MPPT" en los sistemas de energía solar. Pero para demostrar la generación de energía, simplemente puede conectar y desconectar las resistencias de potencia del circuito y medir el voltaje y la corriente.

Claramente, este motor funcionará, de manera bastante eficiente, extrayendo la potencia disponible de cualquier velocidad de viento razonable con los tamaños de rotor que usted sugiere. Igualmente claro, a £ 99.53 es una forma escandalosamente costosa de generar 10-150W. Como motor, se clasifica fácilmente en exceso de 30 V y 100 A, por lo que esto es apenas el 5% de su clasificación.

Pero ahora puede repetir este ejercicio con los parámetros clave para los otros motores y ver si otro se ajusta a su definición de "mejor" o mejor valor.

(Un punto sobre los "alternadores" de los escritos de Hugh Piggot: nos recuerda que debido a que no están basados ​​en imanes permanentes, requieren energía para generar el campo magnético. Alrededor de 40 W en el caso de los alternadores de automóviles, lo que los hace menos atractivos para los más pequeños. aplicaciones de aerogeneradores)

El "mejor" es el que puede producir más wattscontinuamente. Vatios = voltios * amperios, y ninguna de las especificaciones enumera esto en condiciones de carga, por lo que es imposible determinarlo. Tal vez podría probar uno más pequeño como prueba inicial, digamos de eBay . Tome algunas medidas, haga algunos cálculos y luego tendrá una idea de cómo funcionará un generador más grande. Pero el resultado final son los vatios: si desea usar este generador para alimentar algo, se necesita una cierta cantidad de vatios promediados en el transcurso de tantas horas (vatios-hora). Por lo tanto, el generador necesita recargar más que esa cantidad de vatios. -horas a lo largo del día, para mantener las baterías cargadas.

Vale la pena señalar que no todos los motores funcionarán como generadores. Los motores de imanes permanentes funcionarán, pero es posible que no funcionen los de "inducción" y "sin escobillas". Un alternador moderno (como el que se usa en los automóviles) está diseñado específicamente para este propósito, pero es más difícil de usar. En lugar de tener un imán permanente, tienen un electroimán. Por lo tanto, necesitan algo de energía inicialmente aplicada a este "devanado de campo" para comenzar a generar electricidad. Y esto se hace hoy en día generalmente desde la computadora ECU del vehículo, lo que introduce demasiada complejidad. ¿Pero es posible? Seguro. Un alternador típico de automóvil de pasajeros puede entregar 50-70A a 14v, o 700-1000 vatios.

Una de las ventajas de los alternadores es la falta de un imán permanente. Los imanes permanentes perderán todo su magnetismo (permanentemente) si se calientan demasiado. Los alternadores también tienen un límite de temperatura, pero puede ser mayor. Algunos de esos motores de aviones tienen clasificaciones de vataje más altas, por lo que podrían funcionar mejor, pero tienen imanes permanentes, por lo que habrá que controlar su temperatura.