Como construir pás para gerador eólico caseiro: exemplos de fabricação artesanal de pás para aerogerador

O uso de fontes de energia alternativas é uma das principais tendências do nosso tempo. A energia eólica, limpa e acessível, pode ser convertida em eletricidade até mesmo em sua casa, se construir um aerogerador e conectá-lo a um gerador.

É possível construir pás para aerogerador faça você mesmo com materiais comuns, sem usar equipamentos especiais. Vamos explicar qual formato de pá é mais eficiente e ajudar a escolher um desenho adequado para a usina eólica.

Como funciona um aerogerador simples?

O aerogerador é um dispositivo que permite converter a energia eólica em eletricidade.

Seu princípio de funcionamento é que o vento gira as pás, movimenta o eixo, através do qual a rotação é transmitida ao gerador por uma caixa de engrenagens que aumenta a velocidade.

O funcionamento de uma usina eólica é avaliado pelo Fator de Capacidade – coeficiente de utilização da energia eólica. Quando a roda eólica gira rapidamente, ela interage com uma maior quantidade de vento, portanto retira dele uma maior quantidade de energia.

Existem duas variedades principais de aerogeradores:

• verticais;
• horizontais.

Os modelos de orientação vertical são construídos de forma que o eixo da hélice fique perpendicular ao solo. Dessa forma, qualquer movimento das massas de ar, independentemente da direção, coloca a estrutura em movimento.

Essa versatilidade é uma vantagem desse tipo de aerogerador, mas eles perdem para os modelos horizontais em desempenho e eficiência operacional.

O aerogerador horizontal se assemelha a um cata-vento. Para que as pás girem, a estrutura deve estar voltada para a direção correta, dependendo da direção do movimento do ar.

Para monitorar e captar as mudanças na direção do vento, são instalados instrumentos especiais. A eficiência com essa disposição do rotor é significativamente maior do que com a orientação vertical. Para uso doméstico, é mais racional utilizar aerogeradores desse tipo.

Qual formato de pá é o ideal?

Um dos principais elementos de um aerogerador é o conjunto de pás.

Existem vários fatores relacionados a essas peças que afetam a eficiência do aerogerador:

• peso;
• tamanho;
• formato;
• material;
• quantidade.

Se você decidir construir as pás para um aerogerador caseiro, é necessário levar em consideração todos esses parâmetros. Alguns acreditam que quanto mais asas no rotor do gerador, mais energia eólica pode ser obtida. Em outras palavras, quanto mais, melhor.

No entanto, isso está longe de ser verdade. Cada peça individual se move vencendo a resistência do ar. Assim, um grande número de pás no rotor requer mais força do vento para realizar uma volta.

Além disso, muitas asas largas podem causar a formação da chamada 'bolsa de ar' diante do rotor, quando o fluxo de ar não passa através do aerogerador, mas o contorna.

A forma é muito importante. A velocidade da hélice depende dela. Um mau fluxo aerodinâmico causa a formação de vórtices que freiam o rotor eólico.

O mais eficiente é o aerogerador de uma pá. Porém, construí-lo e balanceá-lo manualmente é muito difícil. A estrutura acaba sendo pouco confiável, embora com alto coeficiente de eficiência. Com base na experiência de muitos usuários e fabricantes de turbinas eólicas, o modelo ideal é o de três pás.

O peso da pá depende do seu tamanho e do material com que será fabricado. O tamanho deve ser selecionado cuidadosamente, usando fórmulas de cálculo. As bordas devem ser processadas de forma que um lado tenha um arredondamento e o lado oposto seja afiado.

Uma forma de pá bem escolhida para o aerogerador é a base para seu bom funcionamento.

Para fabricação caseira, são adequadas as seguintes opções:

• do tipo vela;
• do tipo aerofólio.

As pás do tipo vela são tiras largas simples, como em um moinho de vento. Este modelo é o mais óbvio e simples de fabricar. No entanto, sua eficiência é tão baixa que esta forma praticamente não é usada em aerogeradores modernos. O coeficiente de eficiência neste caso é de cerca de 10-12%.

Uma forma muito mais eficiente são as pás de perfil aerodinâmico. Aqui são aplicados princípios de aerodinâmica que levantam enormes aviões. Uma hélice com essa forma é mais fácil de ser movida e gira mais rápido. O fluxo de ar reduz consideravelmente a resistência que a turbina eólica encontra em seu caminho.

O perfil correto deve lembrar a asa de um avião. De um lado, a pá tem um espessamento, e do outro – uma descida suave. As massas de ar fluem ao redor de uma peça com essa forma de maneira muito suave.

A eficiência deste modelo atinge valores de 30-35%. A boa notícia é que é possível construir uma pá de perfil aerodinâmico manualmente com o mínimo de ferramentas. Todos os cálculos e desenhos básicos podem ser facilmente adaptados para sua turbina eólica e aproveitar a energia eólica gratuita e limpa sem limitações.

De que são feitas as pás em casa?

Os materiais adequados para a construção de um aerogerador são, acima de tudo, plástico, metais leves, madeira e uma solução moderna – fibra de vidro. A principal questão é quanto trabalho e tempo você está disposto a gastar na fabricação da turbina eólica.

Tubos de esgoto de PVC

O material mais popular e amplamente utilizado para fabricar pás plásticas para aerogeradores é o tubo de PVC comum de esgoto. Para a maioria dos geradores domésticos com diâmetro de hélice de até 2 m, um tubo de 160 mm é suficiente.

As vantagens desse método incluem:

• baixo custo;
• disponibilidade em qualquer região;
• simplicidade de trabalho;
• grande quantidade de esquemas e desenhos na internet, vasta experiência de uso.

Os tubos são diferentes. Isso é conhecido não apenas por quem fabrica centrais eólicas caseiras, mas por todos que já lidaram com instalação de esgoto ou encanamento. Eles diferem em espessura, composição e fabricante. O tubo não é caro, portanto não tente baratear ainda mais seu cata-vento economizando nos tubos de PVC.

Um material de baixa qualidade nos tubos plásticos pode fazer com que as pás rachem logo no primeiro teste e todo o trabalho seja em vão.

Primeiro, você precisa decidir sobre o molde. Existem muitas opções, cada forma tem suas desvantagens e vantagens. Talvez faça sentido experimentar primeiro antes de cortar a versão final.

Como o preço dos tubos é baixo e podem ser encontrados em qualquer loja de materiais de construção, este material é excelente para os primeiros passos na modelagem de pás. Se algo der errado, você sempre pode comprar outro tubo e tentar novamente; seu bolso não sofrerá muito com esses experimentos.

Usuários experientes de energia eólica notaram que, para fabricar pás para aerogeradores, é melhor usar tubos laranja em vez de cinza. Eles mantêm melhor a forma, não se deformam após a formação da pá e duram mais.

Os projetistas amadores preferem o PVC, pois durante os testes, uma pá quebrada pode ser substituída por uma nova, fabricada em 15 minutos no local, desde que haja um molde adequado. Simples e rápido, e, acima de tudo, acessível.

Uma foto-instrução para fabricar pás de cata-vento a partir de tubos poliméricos ajudará a aprender visualmente as etapas e a sequência do processo:

Todas as etapas preparatórias estão concluídas. Agora é necessário fixar as pás à peça que gira seguindo o vento:

Alumínio – fino, leve e caro

Alumínio – um metal leve e resistente. Tradicionalmente usado para fabricar pás para geradores eólicos. Devido ao seu peso reduzido, se a placa for moldada na forma adequada, as propriedades aerodinâmicas da hélice serão excelentes.

As principais cargas que o cata-vento experimenta durante a rotação são direcionadas para a flexão e ruptura da pá. Se o plástico sob esse trabalho rapidamente rachar e falhar, pode-se contar com uma pá de alumínio por muito mais tempo.

No entanto, se compararmos o alumínio e os tubos de PVC, as placas metálicas ainda serão mais pesadas. Em alta velocidade de rotação, há grande risco de danificar não a própria pá, mas a hélice no ponto de fixação.

Outra desvantagem das peças de alumínio é a dificuldade de fabricação. Se o tubo de PVC tem uma curvatura que será usada para dar propriedades aerodinâmicas à pá, o alumínio, em geral, é usado em forma de chapa.

Após recortar a peça conforme o molde, o que por si só é muito mais difícil do que trabalhar com plástico, a peça obtida ainda precisará ser laminada e receber a curvatura correta. Em casa e sem ferramentas, fazer isso não será tão simples.

Em vez do alumínio caro, podem ser usadas sobras de chapa de telhado ou pedaços de telha ondulada que sobraram após a instalação:

Fibra de vidro ou tecido de fibra de vidro – para profissionais

Se você decidiu abordar a questão da criação da pá de forma consciente e está disposto a gastar muita energia e nervosismo, a fibra de vidro servirá. Se você nunca lidou com aerogeradores antes, começar a se familiarizar com a modelagem de um moinho de vento em fibra de vidro não é a melhor ideia. Afinal, esse processo requer experiência e habilidades práticas.

Uma pá feita de várias camadas de tecido de vidro, unidas com cola epóxi, será resistente, leve e confiável. Com uma grande área de superfície, a peça se torna oca e praticamente sem peso.

Para a fabricação, utiliza-se tecido de vidro – um material fino e resistente que é vendido em rolos. Além da fibra de vidro, será necessária cola epóxi para fixar as camadas.

O trabalho começa com a criação de uma matriz. É uma peça bruta que representa o molde para a futura peça.

A matriz pode ser feita de madeira: viga, tábua ou tronco. Diretamente da madeira maciça, esculpe-se o contorno tridimensional da metade da pá. Outra opção é um molde de plástico.

Fazer a peça bruta por conta própria é muito difícil; é preciso ter diante dos olhos um modelo pronto da pá de madeira ou outro material, e só então, a partir desse modelo, corta-se a matriz para a peça. São necessárias pelo menos 2 dessas matrizes. Porém, uma vez feito um molde bem-sucedido, ele pode ser usado repetidamente e, assim, construir mais de um moinho de vento.

O fundo do molde é cuidadosamente untado com cera. Isso é feito para que a pá pronta possa ser facilmente removida posteriormente. Coloca-se uma camada de fibra de vidro, unta-se com cola epóxi. O processo é repetido várias vezes até que a peça atinja a espessura desejada.

Em seguida, a cola deve secar. Alguns recomendam colocar o molde em um saco a vácuo e remover o ar. Assim, a cola penetra melhor em todas as camadas do tecido de vidro, não deixando áreas não impregnadas.

Quando a cola epóxi secar, a metade da peça é cuidadosamente retirada da matriz. O mesmo é feito com a segunda metade. As partes são coladas uma à outra para formar uma peça oca e tridimensional. Uma pá de fibra de vidro leve, resistente e com formato aerodinâmico correto é o ápice da maestria do entusiasta doméstico de usinas eólicas.

Sua principal desvantagem é a complexidade de realizar a ideia e a grande quantidade de erros no início, até que se obtenha uma matriz ideal e o algoritmo de criação seja aperfeiçoado.

Barato e funcional: peça de madeira para a hélice eólica

A pá de madeira é um método antigo, que é facilmente realizável, mas pouco eficaz com o atual nível de consumo de eletricidade. A peça pode ser feita a partir de uma tábua inteira de madeira leve, como pinho. É importante escolher uma peça de madeira bem seca.

Se a madeira estiver úmida, durante o processo de secagem a hélice pode “entortar” e deformar-se. Além disso, o peso da madeira úmida é significativamente maior do que a seca.

É preciso escolher um formato adequado, mas levando em conta que a pá de madeira não será uma placa fina, como a de alumínio ou plástico, mas sim uma estrutura tridimensional. Portanto, não basta dar forma à peça bruta; é necessário entender os princípios da aerodinâmica e imaginar o contorno da pá em todas as três dimensões.

Para dar o acabamento final à madeira, será necessário usar uma plaina, de preferência elétrica. Para maior durabilidade, a madeira é tratada com verniz protetor antisséptico ou tinta.

A principal desvantagem dessa construção é o grande peso da hélice. Para mover essa estrutura, o vento precisa ser suficientemente forte, o que é difícil de conseguir em princípio. No entanto, a madeira é um material acessível. Tábuas adequadas para criar a hélice de um gerador eólico podem ser encontradas no próprio quintal, sem gastar um centavo. E essa é a principal vantagem da madeira neste caso.

O rendimento de uma pá de madeira tende a zero. Em geral, o tempo e o esforço gastos na construção de um moinho de vento desses não valem o resultado obtido, medido em watts. No entanto, como modelo didático ou exemplar experimental, uma peça de madeira tem seu lugar. Além disso, um cata-vento com pás de madeira tem uma aparência elegante no terreno.

Os passos para a fabricação de um moinho de vento com pás cortadas em compensado serão apresentados na seguinte seleção de fotos:

A parte funcional está pronta e testada, então resta apenas pintá-la e parafusá-la ao mastro:

Desenhos e exemplos de pás

Fazer o cálculo correto da hélice do gerador eólico sem conhecer os parâmetros principais que aparecem na fórmula, e também sem ter noção de como esses parâmetros afetam o funcionamento do cata-vento é muito difícil.

É melhor não perder seu tempo se não houver vontade de se aprofundar nos fundamentos da aerodinâmica. Esquemas prontos com indicadores definidos ajudarão a escolher a pá adequada para a usina eólica.

Desenho da pá para hélice de duas pás. Fabricada a partir de tubo de esgoto de diâmetro 110. O diâmetro da hélice do cata-vento nestes cálculos é de 1 m.

Um pequeno gerador eólico como este não poderá fornecer-lhe alta potência. Provavelmente, você dificilmente conseguirá extrair mais de 50 W desta construção. No entanto, uma hélice de duas pás feita de tubo de PVC leve e fino proporcionará alta velocidade de rotação e garantirá o funcionamento do cata-vento mesmo com vento fraco.

Desenho da pá para hélice de três pás do gerador eólico a partir de tubo de 160 mm de diâmetro. A velocidade específica calculada nesta variante é 5 com vento de 5 m/s.

Uma hélice de três pás com essa forma pode ser usada para unidades mais potentes, cerca de 150 W a 12 V. O diâmetro total da hélice neste modelo atinge 1,5 m. A roda eólica girará rapidamente e iniciará o movimento facilmente. O cata-vento com três asas é o mais comum em usinas domésticas.

Desenho de pá caseira para hélice de 5 pás do gerador eólico. Fabricada a partir de tubo de PVC com diâmetro de 160 mm. Velocidade específica calculada – 4.

Essa hélice de cinco pás pode fornecer até 225 rotações por minuto a uma velocidade de vento calculada de 5 m/s. Para construir uma pá de acordo com os desenhos sugeridos, é necessário transferir as coordenadas de cada ponto das colunas 'Coordenadas do molde frente/trás' para a superfície de um tubo de esgoto de plástico.

Com a tabela abaixo, é possível calcular o diâmetro de um moinho de vento com 2 a 16 pás. Além disso, é possível escolher o tamanho levando em consideração a potência desejada na saída.

Pela tabela, percebe-se que quanto mais pás o gerador eólico tiver, menor deve ser o seu comprimento para obter corrente de mesma potência.

Como mostra a prática, é bastante difícil manter um gerador eólico com mais de 2 metros de diâmetro. Se, de acordo com a tabela, você precisar de um moinho de vento maior, considere aumentar o número de pás.

As regras e princípios do cálculo de um gerador eólico são apresentados em um artigo que descreve passo a passo o processo de realização dos cálculos.

Balanceamento do aerogerador

O balanceamento das pás do gerador eólico ajudará a tornar seu funcionamento o mais eficiente possível. Para realizar o balanceamento, é necessário encontrar um local onde não haja vento ou corrente de ar. Naturalmente, para uma roda eólica com mais de 2 m de diâmetro, encontrar tal local será difícil.

As pás são montadas na estrutura pronta e instaladas na posição de trabalho. O eixo deve estar estritamente horizontal, nivelado. O plano no qual a hélice irá girar deve estar estritamente vertical, perpendicular ao eixo e ao nível do solo.

A hélice que não se move deve ser girada em 360/x graus, onde x = número de pás. Idealmente, um gerador eólico balanceado não se desviará nem 1 grau, permanecendo imóvel. Se uma pá girou sob seu próprio peso, é necessário ajustá-la levemente, reduzir o peso de um lado e corrigir o desvio do eixo.

O processo é repetido até que a hélice esteja absolutamente imóvel em qualquer posição. É importante que não haja vento durante o balanceamento. Isso pode distorcer os resultados dos testes.

Também é importante garantir que todas as partes girem estritamente no mesmo plano. Para verificação, são colocadas placas de controle a uma distância de 2 mm em ambos os lados de uma das pás. Durante o movimento, nenhuma parte da hélice deve tocar na placa.

Para operar o gerador eólico com as pás fabricadas, será necessário montar um sistema que acumule a energia obtida, a armazene e a transmita ao consumidor. Um dos componentes do sistema é o controlador. Sobre como fazer um controlador para um gerador eólico, você aprenderá ao ler o artigo que recomendamos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Construir um moinho de vento caseiro com materiais improvisados é perfeitamente possível. Se começar com modelos mais simples, a primeira tentativa provavelmente será bem-sucedida. Com a experiência, assuma projetos mais complexos para obter um gerador eólico mais eficiente e potente.

Vídeo #1. Como fazer um moinho de vento com tubos de PVC:

Vídeo #2. Gerador eólico caseiro:

Vídeo #3. Moinho de vento em aço galvanizado:

Se você deseja usar energia eólica limpa e segura para necessidades domésticas e não pretende gastar muito dinheiro na compra de equipamentos caros, as pás caseiras feitas de materiais comuns são uma ideia adequada. Não tenha medo de experimentar, e você conseguirá aprimorar ainda mais os modelos existentes de hélices de moinho de vento.

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