Convertir un auto viejo en un generador potente

• Este es un proyecto que aprovecha una minivan Toyota Sienna cuyo valor para circular por carretera es bajo, pero cuyo motor sigue en buen estado, para convertir un vehículo desechado en una fuente de energía fuera de la red
• Como los generadores de alta calidad pueden costar desde miles hasta decenas de miles de dólares, un motor de auto viejo que aún funciona puede ser una alternativa económica
• Jake von Slatt busca combinar el alternador de un generador Harbor Freight averiado con el motor de una Sienna para producir una salida de CA de 60 Hz
• Un Arduino Nano Every y un puente H mueven el actuador del control de crucero para estabilizar el motor cerca de 3600 rpm
• Reutilizando un vehículo casi para desguace y piezas de un generador viejo, el enfoque permite crear un generador práctico que puede usarse también fuera de la red eléctrica

---

Usar un vehículo casi para desguace como motor de generador

• Los generadores son equipos costosos
  • Los modelos pequeños y de baja calidad pueden comprarse por unos cientos de dólares
  • Los generadores de alta calidad cuestan desde miles hasta decenas de miles de dólares
• Los autos viejos pueden ser muy baratos, especialmente si están en condiciones que dificultan circular por carretera
• Jake von Slatt mostró en una serie de videos el proceso de convertir un vehículo casi para desguace, pero con el motor funcionando, en un generador potente
• El motor de este proyecto fue tomado de una minivan Toyota Sienna
  • El vehículo en sí tiene poco valor para seguir en circulación
  • El motor todavía funciona bien
  • Tiene suficiente potencia para usarse como generador
• El alternador fue tomado de un generador Harbor Freight cuyo motor estaba averiado

Mantener una salida de 60 Hz con Arduino

• Para usar electrodomésticos y herramientas, la salida de voltaje de CA debe mantener unos 60 Hz estables
• El sistema de control de crucero de la Sienna originalmente mueve el acelerador para mantener constante la velocidad de las ruedas
• En este proyecto, ese mismo sistema se usa para estabilizar el motor en 3600 rpm y así mantener los 60 Hz
• El circuito de control está construido en torno a una placa Arduino Nano Every y un puente H
  • El Arduino controla el servomotor del actuador del control de crucero a través del puente H
  • El voltaje de salida del alternador se reduce a 5 V para monitorear la frecuencia
  • Si la frecuencia baja, el Arduino hace girar el actuador para aumentar la velocidad del motor y ajustarla hasta alcanzar los 60 Hz
• Como resultado, un auto que iba a ser desechado y piezas de un generador viejo pueden reutilizarse, en lugar de tirarse, como un dispositivo capaz de suministrar energía fuera de la red

[GN⁺]

Opiniones de Hacker News

• Para hacer esto, convendría poner una caja de engranajes entre el motor y el generador.
  Un motor de auto puede girar a 3600 rpm, pero por lo general su mejor consumo a alta carga está cerca de las 2000 rpm. Con cargas bajas, un régimen más bajo es más eficiente, pero como el sistema de enfriamiento de un auto quizá no esté dimensionado para soportar cargas altas durante mucho tiempo, hacer funcionar el motor a 1800 rpm y usar una caja 1:2 para lograr las rpm adecuadas del generador parece un diseño simple y “lo suficientemente cercano”.

  • Es cierto que el consumo específico de combustible al freno (BSFC) mejora con cargas altas. Si quieres ver un mapa, busca “brake specific fuel consumption map”.
    En motores más modernos, gracias a mejoras tecnológicas, la máxima eficiencia podría estar cerca de las 3000 rpm. Pero en este caso, probablemente no importe mucho porque la diferencia entre la potencia del motor y la potencia máxima del generador es demasiado grande. Este generador entrega 5500 W, es decir, unos 7.4 hp, y aun considerando la eficiencia del generador, la carga máxima ronda los 8 hp. El motor de una Toyota Sienna tiene una potencia máxima de unos 200 hp, así que, comparado con un aire acondicionado de auto que consume alrededor de 4 hp, el generador ni siquiera representa el doble de carga que el aire acondicionado. Al final, parece más adecuado un arreglo de poleas que lo haga girar casi al ralentí para reducir las pérdidas internas del motor.
  • Si con “caja de engranajes” se refieren a poleas, probablemente lo más eficiente sea montar una polea ancha en la correa auxiliar delantera del cigüeñal y, del lado del generador, una polea con el diámetro adecuado para las rpm objetivo.
    Se monta todo sobre una tarima reforzada y listo. Con esta configuración sería difícil alimentar de forma estable durante meses la demanda eléctrica típica de una casa en Norteamérica, pero muy probablemente pueda hacer con creces lo que hacía ese dudoso motor de 150 cc de un generador barato antes de romperse.
  • En conducción normal, el auto se enfría con el flujo de aire al circular por la autopista; aquí eso no existe. El sistema de enfriamiento podría ser un problema.
  • La transmisión de un auto causa una pérdida de potencia bastante importante; si no recuerdo mal, puede rondar el 20%. Probablemente convenga más un engranaje reductor simple o poleas con correa.

• Es una configuración genial. Viví un tiempo en un yate, y cuando estaba nublado durante varios días era difícil cargar las baterías con paneles solares.
  El pequeño motor diésel M35 Universal que usaba tenía mucho torque, y con ese torque movía un generador de 110 V y 120 A. Cargaba baterías como el alternador de un auto, pero en mi caso cargaba seis baterías de fosfato de hierro y litio de 12 V y 200 Ah. Con esas baterías alimentaba durante días equipos “de casa” como un inversor de 120 V y 3000 W, aire acondicionado, refrigerador, cafetera, potabilizadora/desalinizadora, cocina eléctrica, luces, equipo de navegación, radio, Starlink y Xbox. Si el vehículo se ve feo, basta con montar solo el motor en un soporte y cablearlo como en el video; para hacer funcionar un motor solo se necesita línea de combustible, encendido y compresión.

  • Para hacer funcionar casi cualquier motor también hace falta un sistema de enfriamiento. Normalmente, el sistema de enfriamiento de un motor de auto no alcanza para hacerlo trabajar a máxima potencia durante mucho tiempo.
    Eso se debe a que solo pasan unos segundos desde que el semáforo cambia a verde hasta alcanzar velocidad, y después se requiere mucha menos potencia. Un yate puede enfriarse con una cantidad prácticamente infinita de agua de mar. Además, es muy probable que el motor también necesite una computadora, y entonces también hará falta un sistema eléctrico.
  • Me parece que en un bote conviene más instalar 230 V. Los electrónicos modernos suelen aceptar 100–240 V, y también se ahorra cableado.
  • Si te pasas a diésel ya no necesitas encendido, pero el arranque puede volverse más difícil.

• En el ámbito de la generación semi-DIY, también vale la pena mirar los motores Lister y sus clones, los Listeroid.
  Si funcionan con diésel, son motores bastante eficientes para accionar el sistema de correas que quieras, y también puedes cambiar el generador por un molino o una bomba de agua. También aceptan en su mayoría combustibles alternativos como biodiésel o aceite usado, y al ser simples y de bajas rpm son duraderos y fáciles de mantener.
  http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
  https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html

  • También creo que los motores Lister suenan realmente bien. Por la zona donde vivo los oigo pasar seguido, y suena excelente cuando pasan despacio y van abriendo el acelerador.

• No sé qué tanto sentido tiene esta conversión. Era un generador descartado porque el motor original se había dañado, y se le podría haber montado un motor de cuatro tiempos comercial por menos de 1000 dólares.
  En cambio, usaron un auto que, incluso como chatarra, valdría más o menos la mitad de un motor nuevo, además del espacio que ocupa, la electrónica y el costo de fabricación, para terminar con una estructura donde un generador que como máximo puede aprovechar unos 10 hp es movido por el motor de un auto chatarra de casi 200 hp. La fabricación improvisada en sí es excelente, pero cuesta imaginar una razón para construir una segunda igual.

  • Ahora nadie puede repararlo salvo la persona que lo hizo. Es una experiencia de aprendizaje muy buena, y eso tiene valor.
  • A simple vista es un generador móvil y funcional que sale gratis. No veo qué hay para odiar.
    Dicen que si se desacopla el embrague del control de crucero, el auto todavía se puede manejar, y que también lo usan para mover cosas o soldar.

• Puede ser una pregunta tonta, pero como los híbridos como el Prius son autos diseñados para usarse, en cierto modo, como generadores, me pregunto si un Prius viejo no sería una mejor opción como generador estacionario.
  Ahora hay muchos disponibles y se han vuelto bastante baratos. Después de vivir 5 días sin electricidad tras el derecho de Iowa de agosto de 2020, entendí por completo lo importante que es tener una fuente de energía de emergencia. No se conseguían generadores, e incluso robaron el generador del patio de un refugio de animales. También era difícil conseguir gasolina y hielo, y como teníamos estufa eléctrica, cocinar era complicado. La parrilla de pellets también era eléctrica, así que no pudimos usarla, y después de 3 días tuvimos que tirar toda la comida del refrigerador y del congelador.

  • En https://www.plugoutpower.com/ fabrican ese tipo de kits para Prius y otros modelos
  • Exacto. El Prius tiene un motor de ciclo Atkinson, así que la eficiencia del motor es mucho mejor, y los alternadores de autos comunes tienen una eficiencia absurdamente baja, probablemente de alrededor del 50%.
    El motor-generador del Prius está cerca de más del 90%. Aunque quizá el motor-generador no pueda funcionar continuamente con un ciclo de trabajo del 100%, su potencia máxima es de decenas de kW, así que haría falta una carga bastante grande. Muchos alternadores de autos no soportan la carga máxima durante mucho tiempo y solo entregan unos 2 kW, así que hay riesgos. Los bobinados o el regulador de voltaje pueden sobrecalentarse; a veces tienen protección térmica, pero no siempre. Si se agrega enfriamiento forzado para ayudar al ventilador centrífugo, puede servir como solución temporal.
  • El sistema de refrigerador solar de Joey Hess está muy bien. No almacena energía solo en baterías, sino que también aprovecha la masa térmica.
    https://fridge0.branchable.com/
    https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
  • En la cajuela de mi Prius tengo un inversor de 12 V y 1800 W, y dejé precableados cables AMP hacia la batería para que incluso familiares poco familiarizados con la tecnología puedan conectarlo fácilmente.
    La salida es limitada, pero cuando se cortó la luz por una tormenta invernal, pude mantener funcionando la calefacción a combustible y el internet durante varios días. Como el motor solo se enciende cuando necesita cargar la batería híbrida, es mucho más eficiente que un generador común. Con un inversor adaptado a la batería híbrida de 140 V se podría extraer más potencia, pero este método fue rápido y sencillo. Intenté conectar el refrigerador en lugar de la calefacción, pero el inversor se apagó por un problema de puesta a tierra. Por suerte hacía frío afuera, así que pudimos aguantar. Un plan de recuperación ante desastres no está terminado hasta que se prueba de punta a punta.
  • Si conectas la salida de la batería de tracción a un inversor, el Prius no tendría forma de darse cuenta de que te saliste de la estrategia normal de operación, que mantiene el voltaje del pack en un estado de carga de aproximadamente 30% a 80%.
    Como la batería de tracción no es especialmente grande, si no la conectas a un pack más grande, supongo que el motor se encendería con frecuencia. Hay gente que modifica sistemas híbridos NiMH para engañarlos y hacerlos usar celdas LiFePO4, colocando un controlador de carga individual en cada celda. Al final, lo único que ve el sistema de control del auto es el voltaje de las celdas.

• Su algoritmo de control básico parece tener mucho margen de mejora. Incluso con un simple controlador PID podría responder mucho más rápido a cambios de carga y converger a una posición adecuada del acelerador.
  Fue un poco frustrante ver cómo el controlador avanzaba tan lentamente.

  • En los comentarios del video hicieron la misma pregunta, y la respuesta fue esta:
    “Lo pensé y me parece una buena idea. Cuando mejore mis habilidades de programación, probablemente vuelva a este proyecto. Dejé un cable USB conectado al Arduino, así que actualizar el código debería ser muy fácil”.
  • Mientras lo veía, pensé todo el tiempo que esto necesitaba exactamente un controlador PID. Me pregunto por qué no eligió eso.
    Incluso podría haber hackeado el control crucero para que ajustara la “velocidad” a 60 Hz.
  • Sí. Y el loop principal debería ejecutarse lo más rápido posible, mientras que el loop de control debería correr solo cuando haga falta. En realidad, lo correcto sería usar una interrupción por temporizador.

• 3600 rpm es bastante alto. Este aparato parece que va a consumir mucho combustible.
  Habría que calcular si realmente ahorra dinero frente a un generador de consumo decente. Más que el motor en sí, también me preocupa la confiabilidad del conjunto de piezas que integró el usuario.

  • Por el video, esta persona parece estar casi obsesionada con reciclar maquinaria, y creo que quería hacer algo como una soldadora portátil para usar en su terreno.
    Él mismo claramente sabe que esto es una versión a lo Mad Max, “hecha con chatarra que había por ahí”, de un problema que ya está resuelto. Conceptualmente es genial, pero su uso es muy limitado y, objetivamente, no es una buena idea. Si usas un motor con un ventilador de embrague grande y un radiador bien carenado, puedes resolver en parte la refrigeración, y para ahorrar combustible probablemente convendría usar el control de ralentí del motor a menos revoluciones. Aun así, es como ponerle lápiz labial a un cerdo, y en Harbour Freight puedes comprar un cerdo con mejor pinta.
  • Unas rpm altas no significan necesariamente que consuma mucho combustible. Un VW Polo 1.0L pequeño se mantenía a 4000 rpm para ir a 70 mph en autopista, pero aun así rendía 50 mpg imperiales, es decir, unos 6 L/100 km.
  • Depende de la situación. Si se usa muy de vez en cuando y ya tienes el motor, probablemente esté bien. Si tienes que comprar el motor o lo vas a usar con frecuencia, los cálculos se vuelven más importantes.

• Es interesante que este tipo de trabajos muchas veces caen fuera de la experiencia o el conocimiento del lector promedio de HN, y aun así aquí se los está viendo con una mirada particularmente crítica.
  No es para nada una configuración ideal, pero a quienes les gusta la mecánica les encanta trastear con cosas así. Me incluyo.

• El DIY en sí es divertido, pero si quieren pensarlo a mayor escala, vale la pena ver este material
  https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
  En el resumen se destaca el valor de adaptar pequeños motores de pistón de combustión interna, producidos en masa, a diseños de sistemas que no son automotrices. Parte de la observación de que, normalizados por potencia, los motores de combustión interna son 100 veces más baratos que las grandes centrales eléctricas existentes. Además, la mayor parte del artículo trata sobre modelar, diseñar, adaptar y probar un motor de pistones alternativos como compresor. Aprovechando que un motor en su forma existente es, en esencia, un compresor alternativo, evalúa si puede convertirse de manera rentable en un compresor de gas a pequeña escala

  • Eso de que “normalizados por potencia, los motores de combustión interna son 100 veces más baratos que las grandes centrales eléctricas existentes” viene con una salvedad bastante grande. Porque a una mayor potencia le acompaña una eficiencia mucho menor
    Para respaldo de emergencia o para el uso de reserva del que habla el artículo, está bien, pero para generación eléctrica general el costo operativo es muy alto. La idea de modularidad es buena, pero es un concepto que ya está incluido en las plantas de energía virtuales (VPP) que se están construyendo hoy
  • Me parece que ese mercado ya lo cubren los generadores portátiles. Fabricantes de motores como Honda venden generadores a gasolina desde hace mucho

• Ese generador de 2 polos está pensado para que un motor monocilíndrico a gasolina gire chillando a 3600 rpm
  Los generadores más grandes son de 4 polos, así que pueden girar a 1800 rpm con 60 Hz y a 1500 rpm con 50 Hz. 5500 W tampoco es algo especialmente potente; está al nivel de un cabezal estándar de generador portátil a gasolina. Un motor de auto tiene demasiada potencia y probablemente no opere cerca de su punto eficiente. La velocidad de un motor o generador de CA es RPM = 120f/p, donde f es Hz y p es el número de polos

  • No parece ser una solución que busque la perfección, así que no hace falta criticar tan duro este tipo de proyectos