Solar-charged lawnmower/es

Una cortadora de césped eléctrica que utiliza energía solar como fuente de energía resuelve varios problemas que las cortadoras de césped con motor de combustión interna no presentan. Una cortadora de césped eléctrica con cargador solar es más fácil de usar. No hay que lidiar con la gasolina, que es peligrosa y engorrosa. Se eliminan los molestos viajes a la gasolinera para repostar. Simplemente conecte la cortadora a la estación de carga cuando no la use y estará cargada y lista para su próximo corte. Y lo más importante, elimina las emisiones de una cortadora de césped con motor de combustión interna.

La idea principal es convertir una vieja cortadora de césped a gasolina en una eléctrica, reemplazando el motor de gasolina por un motor eléctrico alimentado por una batería de 12 voltios. Esta batería se cargará mediante un panel fotovoltaico (también conocido como panel solar). Opté por convertir una vieja cortadora de gasolina en lugar de empezar directamente con una eléctrica debido al costo y para poder diseñar la potencia de salida. También planeé usar la mayor cantidad posible de materiales reciclados . Esto ayudará a evitar que estos materiales terminen en nuestros vertederos, que ya están saturados.

Me gustaría decir que la idea de esta cortadora de césped eléctrica con energía solar fue mía, pero la verdad es que hace tiempo leí un artículo sobre una en la revista "Home Power" (número 107) y desde entonces he querido construir una. Cuando se presentó la oportunidad de usarla como proyecto en mi clase de Ingeniería 305 en Cal Poly Humboldt, no dudé en aprovecharla.

Para empezar, necesitaba diseñar una cortadora de césped que se adaptara a mis necesidades. Tengo un jardín que me lleva unos cuarenta y cinco minutos cortar, así que era importante dimensionar la batería adecuadamente. Para ello, tuve que averiguar qué amperaje consumiría el motor durante esos cuarenta y cinco minutos. Esto depende del tipo de motor. Los motores se clasifican en caballos de fuerza (HP) y yo quería uno similar al de una cortadora de césped estándar con motor de combustión interna. Las cortadoras de césped más modernas a gasolina tienen entre 4 y 6 HP, y las más antiguas, alrededor de 3 HP. Según un artículo de la revista "Home Power", 1 HP de un motor eléctrico equivale a unos 4 HP de un motor de combustión interna. Esperaba comprar un motor de 1 HP, pero después de comparar precios, decidí que debía optar por el motor más económico que cumpliera su función. Resultó ser un motor eléctrico Dayton de 12 V CC y 3/4 HP. (Consulte más abajo para obtener detalles sobre las piezas y el costo).

El motor Dayton de 3/4 HP está especificado para consumir 58 A a plena carga. Usé esta cifra para determinar el tamaño de batería que necesitaba. Sabía que quería una batería de 12 V CC, ya que son fáciles de encontrar, usar y vienen en una variedad de tamaños. El siguiente paso fue calcular los amperios-hora necesarios para hacer funcionar este motor en particular durante 45 minutos. Los amperios-hora son una medida del tiempo que tarda una batería en descargarse a un determinado amperaje. Por ejemplo, una batería de 35 amperios-hora debería proporcionar 35 amperios durante una hora antes de descargarse. Sé que quiero hacer funcionar mi cortacésped durante 45 minutos, pero lo redondearé a una hora para mayor seguridad. Aunque el motor está clasificado para 58 A, ese amperaje es con plena carga y, por lo general, al cortar el césped no lo haré. Mientras solo gira la cuchilla (sin cortar el césped), los amperios serán aproximadamente la mitad de la carga completa, es decir, 30 A. Una batería de 40 amperios-hora debería permitirme cortar césped de altura moderada durante unos 45 minutos a una hora. Resulta que tenía una batería de ciclo profundo de 40 amperios-hora de un proyecto anterior. (Consulta más abajo para obtener detalles sobre las piezas y el coste).

Después de cortar el césped, necesitaré una forma de cargar la batería para el próximo corte. Por suerte, solo necesito cortar el césped una vez cada una o dos semanas. Esto me da tiempo suficiente para cargar la batería con un panel solar. Originalmente, había planeado construir una estructura para guardar la cortadora de césped y luego instalar el panel solar en el techo. Sin embargo, debido a la falta de tiempo, espacio en el jardín y la falta de acceso a una buena fuente de energía solar fija, decidí construir una pequeña estación de carga solar portátil. Esto me permitirá guardar fácilmente la cortadora en el garaje mientras coloco la estación de carga bajo la luz directa del sol.

Tengo un panel solar de 11 vatios de un proyecto anterior que estoy usando para cargar la batería. Funciona a 16,5 voltios y 0,62 amperios a pleno sol. (Consulta el enlace a continuación para obtener más detalles sobre las piezas y el precio).

Para calcular cuánto tiempo tarda en cargarse la batería, utilizo este cálculo que encontré en el manual del propietario de un cargador de baterías DieHard:

(Clasificación en amperios-hora * % de carga necesaria / Amperios) * 1,25 = horas de tiempo de carga

Digamos que mi batería se ha descargado hasta el 50%, según la configuración de mi sistema, el cálculo se vería así:

(Batería de 40 amperios-hora * 0,50 de carga necesaria / 0,62 amperios de paneles solares) * 1,25 = 40 horas de tiempo total de carga.

También tengo un controlador de carga de 12 V y 4,5 A de un proyecto anterior. Está conectado entre el panel solar y la batería. El controlador evita que la batería se descargue a través del panel solar cuando no hay sol y el panel no genera electricidad . Además, regula el voltaje que llega a la batería. Las variaciones en el voltaje de la batería pueden reducir significativamente su vida útil. (Consulte más abajo para obtener detalles sobre las piezas y el costo).

Después de buscar en varias ventas de garaje, encontré y compré esta vieja cortadora de césped por $5.00. (¡Un precio inmejorable!). Como pueden ver, necesitaba mucho trabajo. Esperaba poder quitar el motor de combustión interna aflojando los tornillos que lo sujetaban a la plataforma de corte. No tuve suerte. Estaban oxidados y pegados a la plataforma, así que pasé mucho tiempo cortando la plataforma con una herramienta rotativa para poder sacar el motor. Usé un decapante de pintura en aerosol para quitar la mayor parte de la pintura roja. Luego usé un cepillo de alambre para quitar todo el óxido. Después, rocié las manchas de óxido con un retardante de óxido para evitar que se extendiera.

Esta cortadora de césped estaba en muy mal estado. Si volviera a emprender este proyecto, intentaría encontrar una en mejores condiciones. Quizás costara un poco más, pero ese dinero se recuperaría fácilmente gracias al ahorro de tiempo y esfuerzo.

Tras desmontar la cortadora de césped y quitar el motor, me quedé con una plataforma de corte con un enorme agujero. Fui a un desguace local y encontré un par de láminas pequeñas de acero inoxidable de aproximadamente 1/16" de grosor. Corté el acero al tamaño adecuado para cubrir el agujero en la plataforma. Antes de soldar la nueva plataforma de acero inoxidable a la segadora, perforé cinco agujeros: uno en el centro para que el eje del motor quedara debajo de la plataforma y cuatro más alrededor del agujero central para poder montar el motor en la plataforma. Era importante asegurarse de que el agujero central del eje estuviera centrado en la segadora. Si el eje no está centrado cuando se monta la cuchilla en el eje, podría rozar contra la pared lateral de la segadora. Después de medir y perforar correctamente los agujeros, soldé cuidadosamente el acero sobre el agujero existente en la segadora. Todavía quedaban algunos puntos donde el óxido había corroído la segadora, así que corté algunas piezas adicionales de acero para soldar sobre los agujeros de óxido más pequeños. Estos parches se pueden ver en la imagen de la parte inferior izquierda. El acero inoxidable de 1/16" funcionó bien para esta aplicación. Es lo suficientemente grueso como para soportar el motor y bastante fácil de manipular si se utilizan las herramientas adecuadas.

Como se mencionó en la sección sobre el desmontaje de la vieja cortadora de césped, todo el proceso de fabricación de una nueva plataforma se podría haber evitado comprando una cortadora en mejores condiciones. Una que permita extraer el motor sin tener que desmontar parte de la plataforma.

Al montar el motor en la plataforma de corte, lo más importante era asegurarse de que estuviera centrado y bien sujeto. Para ello, medí la distancia entre los lados del motor y el diámetro exterior de la plataforma, manteniendo la misma longitud. Sujeté el motor a la plataforma con cuatro tornillos de 3/8" con arandelas. Al añadir arandelas entre el motor y la plataforma, pude nivelar los distintos lados del motor. Necesité colocar dos arandelas en los dos tornillos delanteros para nivelar el motor.

Tuve dificultades para decidir cómo montar el motor. ¿Debía orientar los bornes hacia la parte trasera del cortacésped para protegerlos y facilitar el acceso a la batería, o hacia la parte delantera para que el soporte de la batería se fijara a la base del motor? Tras probar diferentes opciones, me di cuenta de que la batería debe montarse en la base del motor para proporcionarle el soporte adecuado. (Consulta la sección de montaje de la batería a continuación para obtener más información).

Este método de montaje de la batería está funcionando bien. No he tenido ningún problema.

Desafortunadamente, al quitar la cuchilla vieja de la cortadora de césped, no pude recuperar la pieza que unía el eje del motor a la cuchilla. Esto significó que tuve que fabricar mi propio soporte para la cuchilla. Encontré una varilla de metal de aproximadamente 3/4" de diámetro en la pila de chatarra del laboratorio de metales de HSU. Perforé un agujero en la varilla de aproximadamente 3/8" de diámetro (el diámetro del eje del motor). Esto permitiría que la varilla se deslizara sobre el eje del motor. Luego, necesité fresar una ranura en la varilla para insertar una chaveta. La chaveta conecta la varilla al eje y evita que se deslice mientras el eje gira. Después, corté la varilla a la medida y la soldé a una placa de metal de 1/8" de espesor a la que se atornillará la cuchilla de la cortadora de césped.

Una vez fabricado el soporte de la cuchilla, lo coloqué en el eje. Para asegurarme de que el soporte quedara vertical, perforé un pequeño orificio que atravesaba completamente tanto el soporte como el eje. Esto me permitió insertar un perno como medida de seguridad adicional.

Una vez que el soporte de la cuchilla estuvo bien sujeto, atornillé la cuchilla del cortacésped a él utilizando dos tuercas y tornillos de 3/8" con arandelas.

En general, la fabricación del soporte de la cuchilla salió bien. Las piezas eran gratuitas (excepto las tuercas y los tornillos), así que el único costo real fue la mano de obra, y parece que cumple su función correctamente. Lo único que cambiaría es la longitud de los tornillos que utilicé. Usé tornillos de aproximadamente 3,8 cm (1-1/2") tanto para la cuchilla como para el soporte. En realidad, solo se necesitan tornillos de aproximadamente 1,2 cm (1/2").

Una vez montado el motor, necesitaba encontrar un lugar para la batería. Como mencioné en la sección de montaje del motor, la base del motor quedaba orientada hacia la parte trasera del cortacésped y proporcionaba una superficie de montaje sólida para la batería. Para lograr una distribución de peso adecuada, quería montar la batería lo más cerca posible de las ruedas traseras. Esto permitiría que el manillar sirviera de palanca y que el cortacésped pivotara fácilmente sobre sus ruedas traseras.

Con una pieza de acero inoxidable que compré en un desguace local, fabriqué el soporte para la batería. Primero, coloqué la batería en el centro de la pieza cuadrada de acero inoxidable. Luego, marqué el contorno de la batería en el acero. A continuación, corté las esquinas para poder doblar los lados que sobresalen de la batería. Después de doblar los cuatro lados, los soldé para reforzarlos. La batería encaja perfectamente en el soporte, por lo que no se necesita ninguna correa adicional.

Luego, añadí una pequeña pieza de acero en la parte delantera del soporte de la batería, formando un ángulo de noventa grados. Esta pieza se extendía desde el soporte de la batería hasta la plataforma del cortacésped para ayudar a sujetar la batería al atornillarla a la base del motor (véase la imagen inferior derecha). El otro extremo del soporte de la batería descansa sobre la parte trasera elevada del cortacésped.

La parte eléctrica fue una de las más complicadas de este proyecto. Al principio pensé que sería bastante sencillo: simplemente conectar unos cables de la batería al motor, añadir un interruptor y listo. Pero al empezar, me di cuenta de que no era tan simple. Necesitaba indicadores para medir el voltaje y el amperaje de la batería, los cables debían tener el calibre adecuado y un interruptor para un sistema de 12 V y 60 A no se puede comprar en cualquier ferretería.

Empecemos con el calibre del cable. Los cables se clasifican por calibre; cuanto menor sea el calibre, mayor será el calibre del cable. El motor Dayton de 3/4 HP consume 58 A según la hoja de especificaciones. Resulta que un cable del número 6 tiene una capacidad de 75 amperios, así que fue el que utilicé para conectar el motor a la batería a través del amperímetro y el interruptor (ver diagrama de cableado a continuación). Utilicé un cable de 16 AWG para conectar el voltímetro a la batería y un cable de extensión de servicio medio de 16 AWG para conectar la batería a la estación de carga. Según la etiqueta del cable de extensión, puede soportar hasta 13 amperios. Esto debería ser más que suficiente para los 0,63 amperios que produce el panel solar.

Encontré los indicadores en una tienda local de repuestos para autos. Conecté el amperímetro en serie y el voltímetro en paralelo. El amperímetro me da una idea de la cantidad de amperios que consumo al cortar el césped. Esto, a su vez, me permite calcular cuánto tiempo durará la batería antes de necesitar recargarse. El voltímetro me indica cuándo debo recargar la batería. Según el fabricante, la batería está completamente cargada cuando el voltaje marca 12.7 V. Cuando marca 11.75 V, la batería está al 30 % y necesita recargarse.

Inicialmente quería usar un disyuntor para el interruptor de encendido/apagado, pero después de buscar un rato me di cuenta de que un disyuntor de 60 A y 12 V no es fácil de conseguir. Por suerte, encontré un interruptor que soportaba 60 A en un proveedor local de material eléctrico industrial. También añadí un fusible de 100 A entre la batería y el motor.

Estación de carga solar eléctrica:

También utilicé cable de calibre 16 AWG para las conexiones entre el panel solar y el controlador de carga. Coloqué un fusible de 1,5 A entre el panel solar y el controlador de carga, tal como lo especifica el fabricante.

Una vez que la cortadora de césped estuvo ensamblada y lista para usar, necesitaba una forma de cargarla. Utilicé un panel solar Uni-solar de 11 vatios que se conecta a la cortadora cuando no está en uso. Este panel está diseñado para cargar una batería de 12 V a 0,62 amperios a pleno sol. Atornillé un par de listones de madera de 2x4 de 1,2 m de largo a tres soportes transversales para que sirvieran de base para el panel (ver la imagen en la parte superior de la página "Estación de carga"). Esto crea una estructura ligera, portátil y resistente. Necesitaba algo que pudiera mover fácilmente al lugar con mejor acceso al sol.

También instalé un controlador de carga Morningstar SunGuard en uno de los soportes transversales. Está oculto detrás del panel solar para protegerlo de la intemperie. (Ver la imagen en la parte superior de la página "Controlador de carga").

Aunque este panel solar es capaz de cargar la batería, me hubiera gustado tener uno más grande (si tuviera el dinero). Como se indica en la página principal, se necesitan aproximadamente 40 horas de luz solar directa para cargar la batería del 50%. Aquí, en el condado de Humboldt, la luz solar directa no siempre es abundante. En condiciones óptimas, podemos tener unas 5 horas al día en invierno. Esto significa que se necesitarían ocho días para cargar la batería del 50% al 100%. Lo bueno es que no se puede cortar el césped cuando llueve, y en el noroeste del Pacífico suele llover si no hace sol.

Probar la cortadora de césped resultó ser más difícil de lo que esperaba. ¡Qué casualidad! Justo cuando más ilusión me hacía cortar el césped, llovió durante una semana entera. Aun así, logré hacer algunas pruebas en el garaje e incluso corté un poco de hierba cuando dejó de llover.

Compré la batería de ciclo profundo Sun Xtender PVX-420T hace más de dos años y nunca la he usado. El fabricante recomienda realizar esta prueba si la batería ha estado sin usar durante más de 6 meses para asegurar que tenga la capacidad necesaria para funcionar correctamente. Después de que la batería esté completamente cargada (12,7 V), se supone que debe descargarse a 25 amperios hasta que el voltaje marque 10,5 V. Por suerte, la cortadora de césped consume 25 amperios cuando está en funcionamiento (sin cortar). Así que la encendí y cronometré cuánto tiempo tardaba en pasar de 12,7 V a 10,5 V. Esto terminó tardando bastante más de una hora. La PVX-420T estaba diseñada para hacerlo en 61 minutos. Así que la batería superó esta prueba con éxito. Si hubiera tardado 49 minutos o menos, el fabricante recomienda reemplazar la batería.

Tenía muchas ganas de salir a probar la cortadora de césped, así que aproveché un respiro de la lluvia para hacerlo. El césped mojado no ofrecía las condiciones ideales para cortar, pero me conformo con lo que hay. Medí el voltaje de la batería y era de 12,5 V (aproximadamente el 90 % de su capacidad) antes de cortar. Tenía la plataforma de corte ajustada a la segunda posición más alta y el césped estaba moderadamente largo y húmedo. Observé el amperímetro mientras cortaba y marcaba entre 45 y 60 amperios de forma bastante constante. Corté el césped durante unos quince minutos (aproximadamente un tercio de mi jardín) y, al terminar, el voltaje de la batería era de 12,25 V (aproximadamente el 60 % de su capacidad). No está mal teniendo en cuenta que el césped estaba mojado. Calculo que, en condiciones ideales (césped seco moderadamente largo), la cortadora debería consumir entre 40 y 50 amperios. Con ese amperaje, la batería de 40 amperios-hora debería durar aproximadamente una hora antes de descargarse por completo. Descargar completamente la batería no es bueno para ella, así que solo usaré la cortadora de césped durante 45 minutos, que es aproximadamente el tiempo que me lleva cortar el césped. Esto debería dejar la batería con una carga de alrededor de 11,75 (aproximadamente un 30% de su capacidad).

Una vez más, la lluvia impidió que se dieran las condiciones ideales para probar la estación de carga solar. Por lo tanto, tuve que usar un cargador para recargar la batería a un nivel seguro. Utilicé la configuración de 2 amperios del cargador. Esto proporciona a la batería 2 amperios a un voltaje constante hasta que alcanza aproximadamente el 80 % (12,4 V) de su capacidad. A partir de ese momento, el voltaje comienza a variar, lo cual no es bueno para la batería. En ese punto, desconecto la batería del cargador y la conecto a la estación de carga solar. Bajo el sol de un día de invierno, la batería pasó de 12,4 V (80 %) a 12,5 V (90 %), así que sé que funciona. Planeo usar la estación de carga durante periodos más prolongados cuando el clima lo permita.

En general, disfruté mucho completando este proyecto. Fue un trabajo arduo, pero casi todo lo que vale la pena requiere esfuerzo. En retrospectiva, solo cambiaría algunas cosas. Primero, buscaría una cortadora de césped que se pudiera desmontar fácilmente. Esto ahorraría tiempo y mano de obra en la parte de fabricación del proyecto. Luego, invertiría en un panel solar más grande, de al menos 50 vatios; esto permitiría que la batería se cargara más rápido y requeriría menos sol entre cortes. También habría usado un disyuntor en lugar del interruptor que instalé, o habría colocado un fusible entre la batería y el motor. Esto ayudaría a que el sistema fuera más seguro y protegería el motor si el amperaje subiera a un nivel peligroso. Aparte de eso, la cortadora funciona de maravilla y espero poder cortar el césped de forma silenciosa y sin contaminación de ahora en adelante.

Si tienes alguna pregunta, no dudes en escribirme a createfreedumb@hotmail.com.

• Galería fotovoltaica de Humboldt
• Wiki solar
• Página de Wogga sobre cortacéspedes solares : http://web.archive.org/web/20180618181701/http://solarpowermower.wikia.com/wiki/Solar_Power_Mower_Wiki