La fuerza del flujo de agua es un recurso natural renovable que le permite recibir electricidad casi gratis. La energía donada por la naturaleza brindará la oportunidad de ahorrar en servicios públicos y resolver el problema de la recarga de equipos.
Si un arroyo o río fluye cerca de su casa, vale la pena usarlos. Podrán suministrar electricidad a la parcela y a la casa. E incluso si se construye una central hidroeléctrica de bricolaje, el efecto económico aumenta significativamente.
El artículo presentado describe en detalle la tecnología de fabricación de estructuras hidráulicas privadas. Hablamos sobre lo que se requiere para configurar un sistema y conectarlo a los consumidores. Aquí aprenderá sobre todas las opciones para proveedores de energía en miniatura, ensamblados a partir de materiales improvisados.
Centrales Hidroeléctricas
Las centrales hidroeléctricas son estructuras capaces de convertir la energía del movimiento del agua en electricidad. Los proveedores alternativos de electricidad "verde" todavía se explotan activamente solo en Occidente. En el territorio de nuestro país, esta industria prometedora solo está dando sus primeros pasos tímidos.
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La generación de electricidad mediante la extracción del potencial del agua es una de las áreas prometedoras de la energía verde. Sus ventajas son el uso de recursos libres inagotables del planeta con el menor daño al medio ambiente natural.
Las instalaciones involucradas en el campo de las pequeñas centrales hidroeléctricas incluyen mini centrales hidroeléctricas que generan de 3-100 kW a 25 MW.
Para obtener electricidad cuando se usa la energía del agua, no es necesario tener un tormentoso río de montaña o construir una gran presa. Es suficiente para estrechar el lecho de un pequeño río o arroyo
La turbina de una pequeña central hidroeléctrica puede verse obligada a rotar incluso un canal relativamente pequeño en volumen en el que entra agua desde un depósito o río cercano
Las pequeñas centrales hidroeléctricas ubicadas directamente en la corriente de agua son simples, pero no permiten regular la fuerza y el volumen de la escorrentía. Posibilidad de ajuste proporcionará un depósito en miniatura
Los más prometedores para la organización de mini centrales hidroeléctricas son los arroyos de montaña con una diferencia de altura característica en el canal. Sin embargo, también se pueden crear condiciones similares para un río que fluye a lo largo de un terreno plano.
Todo tipo de giros y remolinos de agua que pueden construirse artificialmente vertiendo estructuras de concreto ayudarán a aumentar el rendimiento de una central hidroeléctrica en miniatura.
Para aumentar la eficiencia, los pequeños desarrolladores de energía hidroeléctrica están mejorando las turbinas. Por ejemplo, una rueda convencional con cuchillas se reemplaza por un tornillo de varias vueltas
Usar agua para generar electricidad.
Una de las opciones tradicionales para pequeñas centrales hidroeléctricas.
Estrechamiento de canales para la recuperación de energía
Dispositivo dirigido por cuchilla
Opción de presa cercana con un pequeño depósito
La diferencia de altura en el canal de un arroyo o río.
Giro artificialmente construido
Turbina tipo tornillo de alta eficiencia
Las pequeñas centrales hidroeléctricas privadas pueden ser represas en grandes ríos, generando desde una docena hasta varios cientos de megavatios o mini centrales hidroeléctricas con una potencia máxima de 100 kW, que es suficiente para las necesidades de una casa privada. Aquí sobre el último y aprender más.
Estación de tornillo hidráulico
El diseño consiste en una cadena de rotores montados en un cable de acero flexible, atravesado el río. El cable en sí mismo desempeña el papel de un eje giratorio, un extremo del cual está fijado en el rodamiento de soporte, y el otro activa el eje del generador.
Cada rotor hidráulico "guirnalda" es capaz de generar aproximadamente 2 kW de energía, sin embargo, el flujo de agua para esto debe ser de al menos 2,5 metros por segundo, y la profundidad del depósito no debe exceder los 1,5 m.
El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica guirnalda es simple: la presión del agua hace girar los tornillos hidráulicos, hacen girar el cable y obligan al generador a generar energía.
Las estaciones Garland se utilizaron con éxito a mediados del siglo pasado, pero luego el papel de los tornillos fue desempeñado por hélices caseras e incluso latas. Hoy en día, los fabricantes ofrecen varios tipos de rotores para diversas condiciones de funcionamiento.
Están equipados con cuchillas de diferentes tamaños hechas de chapa metálica, y permiten obtener la máxima eficiencia de la operación de la estación.
Pero aunque este hidrogenerador es bastante simple de fabricar, su funcionamiento implica una serie de condiciones especiales que no siempre son factibles en la vida real. Dichas estructuras bloquean el lecho del río, y es poco probable que los vecinos a lo largo de la costa, sin mencionar los representantes de los servicios ambientales, permitan el uso de energía de flujo para sus propósitos.
Además, en invierno, la instalación solo se puede utilizar en cuerpos de agua sin congelación, y en climas adversos se puede preservar o desmantelar. Por lo tanto, las estaciones de guirnaldas se construyen temporalmente y principalmente en un área desierta (por ejemplo, cerca de pastos de verano).
Las estaciones de rotor con una capacidad de 1 a 15 kW / h generan hasta 9.3 MW por mes y le permiten resolver de forma independiente el problema de la electrificación en regiones alejadas de las carreteras centralizadas.
Un análogo moderno de una instalación en cadena es estaciones sumergibles o de marco de marea con rotores transversales. A diferencia de su predecesor de guirnaldas, estas estructuras no bloquean todo el río, sino que solo usan parte del canal, y pueden instalarse en un pontón / balsa o bajarse completamente al fondo del embalse.
Rotor vertical Daria
El rotor Darier es un dispositivo de turbina, que fue nombrado en honor a su inventor en 1931. El sistema consta de varias palas aerodinámicas fijadas en vigas radiales y funciona debido a la presión diferencial de acuerdo con el principio de "ala de elevación", que se usa ampliamente en la construcción naval y la aviación.
Aunque estas plantas se utilizan más para crear generadores eólicos, pueden trabajar con agua. Pero en este caso, se necesitan cálculos precisos para seleccionar el grosor y el ancho de las cuchillas de acuerdo con la fuerza del flujo de agua.
El rotor Darier se asemeja a un "molino de viento", solo instalado bajo el agua, y puede funcionar independientemente de las fluctuaciones estacionales en el caudal
Los rotores verticales rara vez se utilizan para crear centrales hidroeléctricas locales. A pesar de los buenos indicadores de rendimiento y la aparente simplicidad del diseño, el equipo es bastante difícil de operar.
Antes de comenzar a trabajar, el sistema debe estar "desenrollado", pero solo la congelación de un depósito puede detener una estación en funcionamiento. Por lo tanto, el rotor Darier se utiliza principalmente en empresas industriales.
El inventor austríaco Franz Zotloterer propuso una solución interesante en el campo del diseño de pequeñas centrales hidroeléctricas con una turbina de funcionamiento vertical:
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Mini-estación de acción gravitacional de hidromasaje
La construcción de un canal separado con una bañera de hidromasaje.
Turbina en el centro de rotación
Colectores de energía generada
La gran ventaja de la bañera de hidromasaje se considera con razón la conservación de los recursos pesqueros. El funcionamiento de una turbina vertical no daña a los organismos vivos del río. Además, el lodo no permanece en las paredes de las estructuras debido al movimiento específico del flujo de agua.
Hélice submarina
De hecho, esta es la turbina eólica más simple, solo se instala bajo el agua. Las dimensiones de las cuchillas para garantizar la velocidad de rotación máxima y la resistencia mínima se calculan en función de la fuerza del flujo. Por ejemplo, si la velocidad de flujo no supera los 2 m / s, entonces el ancho de la cuchilla debe estar dentro de 2-3 cm.
Una hélice submarina es fácil de hacer con sus propias manos, pero solo es adecuada para ríos profundos y rápidos: en un estanque poco profundo, las palas giratorias pueden causar lesiones a los pescadores, nadadores, aves acuáticas y animales
Tal molino de viento se instala "hacia" el flujo, pero sus aspas no funcionan debido a la presión de la presión del agua, sino debido a la aparición de fuerza de elevación (por el principio de un ala de avión o hélice de barco).
Rueda de agua con cuchillas
Una rueda de agua es una de las versiones más simples de un motor hidráulico, conocida desde la época del Imperio Romano. La efectividad de su trabajo depende en gran medida del tipo de fuente en la que se instaló.
La rueda de fundición solo puede girar debido a la velocidad de flujo, y la rueda de fundición se puede girar con la ayuda de la presión y el peso del agua que fluye desde arriba hacia las cuchillas.
Dependiendo de la profundidad y el canal del curso de agua, se pueden instalar varios tipos de ruedas:
- Submarino (o inferior) - Adecuado para ríos poco profundos con un flujo rápido.
- Parte inferior del medio - están ubicados en canales con cascadas naturales para que la corriente fluya aproximadamente en el medio del tambor giratorio.
- A granel (o alta acumulación) - se instalan debajo de la presa, tubería o en la parte inferior del umbral natural, de modo que el agua que cae continúa a través de la parte superior de la rueda.
Pero el principio de operación para todas las opciones es el mismo: el agua ingresa a las cuchillas y conduce una rueda, lo que hace que el generador para la mini planta de energía gire.
Los fabricantes de equipos hidráulicos ofrecen turbinas listas para usar cuyas palas están especialmente adaptadas para un caudal de agua específico. Pero los artesanos caseros hacen construcciones de tambor a la antigua usanza, a partir de materiales improvisados.
La siguiente selección de fotos lo ayudará a familiarizarse con los pasos para construir la versión más simple de una mini estación hidroeléctrica:
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Paso 1: Estrechando el canal y formando un delta
Paso 2: corte de piezas para el montaje de la turbina
Paso 3: fijación de las palas en una turbina improvisada
Paso 5: Instalar el soporte en el canal de transmisión
Paso 5: instalación de la turbina en una estructura de soporte
Paso 6: Conexión del generador y las baterías
Paso 7: transmisión por correa
Paso 8: prueba del dispositivo después del ensamblaje
Quizás la falta de optimización afectará los indicadores de eficiencia, pero el costo de los equipos caseros costará varias veces más barato que la contraparte comprada. Por lo tanto, una rueda de agua es la opción más popular para organizar su propia mini central hidroeléctrica.
Condiciones para la instalación de una central hidroeléctrica
A pesar de la tentadora economía de la energía generada por un hidrogenerador, es importante tener en cuenta las características de una fuente de agua, cuyos recursos planea utilizar para sus propias necesidades.
De hecho, no todos los cursos de agua son adecuados para la operación de una mini central hidroeléctrica, especialmente durante todo el año, por lo que no afectará tener la capacidad de conectarse a una carretera centralizada en reserva.
Algunos pros y contras
Las principales ventajas de una central hidroeléctrica individual son obvias: los equipos económicos que generan electricidad barata no dañan la naturaleza (a diferencia de las represas que bloquean la corriente del río). Aunque el sistema no puede considerarse absolutamente seguro, los elementos rotativos de las turbinas pueden causar lesiones a los habitantes del mundo submarino e incluso a las personas.
Para evitar accidentes, la central hidroeléctrica debe estar protegida y, si el sistema está completamente oculto por el agua, instale una señal de advertencia en la orilla
Ventajas de mini-hydro:
- A diferencia de otras fuentes de energía "gratuitas" (paneles solares, generadores eólicos), los sistemas hidráulicos pueden funcionar independientemente de la hora del día o del clima. Lo único que puede evitarlos es la congelación del depósito.
- No es necesario tener un río grande para instalar un hidrogenerador: las mismas ruedas de agua se pueden usar con éxito incluso en corrientes pequeñas (¡pero rápidas!).
- Las instalaciones no emiten sustancias nocivas, no contaminan el agua y funcionan casi en silencio.
- Para la instalación de mini centrales hidroeléctricas con una capacidad de hasta 100 kW, no es necesario elaborar permisos (aunque todo depende de las autoridades locales y el tipo de instalación).
- El exceso de electricidad se puede vender a las casas vecinas.
En cuanto a las deficiencias, la falta de flujo puede convertirse en un serio obstáculo para la operación productiva del equipo. En este caso, será necesario erigir estructuras auxiliares, lo que conlleva costos adicionales.
Si la energía potencial de un río cercano no es suficiente para la generación de electricidad en una cantidad suficiente para el uso práctico, vale la pena prestar atención a los métodos de construcción de generadores eólicos. El molino de viento servirá como un complemento efectivo.
Medición de flujo de agua
Lo primero que debe hacer para pensar sobre la forma y el método de instalación de la estación es medir la velocidad del flujo de agua en una fuente elegida.
La forma más fácil es bajar cualquier objeto liviano (por ejemplo, una pelota de tenis, un pedazo de espuma de poliestireno o un flotador de pesca) sobre los rápidos y detener el tiempo con el que nada la distancia a algún punto de referencia. La distancia estándar para el "nado" es de 10 metros.
Si el estanque está lejos de casa, puede construir un canal o tubería de derivación y, al mismo tiempo, solucionar las diferencias de altura
Ahora debe dividir la distancia recorrida en metros por la cantidad de segundos; esta será la velocidad de la corriente. Pero si el valor obtenido es inferior a 1 m / s, será necesario erigir estructuras artificiales para acelerar el flujo por las diferencias de elevación.
Esto se puede hacer usando una presa plegable o una tubería de drenaje estrecha. Pero sin un buen flujo, la idea de una estación hidroeléctrica tendrá que ser abandonada.
Producción de centrales hidroeléctricas basadas en una rueda hidráulica.
Por supuesto, ensamblar "sobre una rodilla" y erigir un coloso diseñado para servir a una empresa o asentamiento, incluso desde una docena de casas, es una idea del reino de la fantasía. Pero construir una mini estación hidroeléctrica con sus propias manos para ahorrar electricidad es bastante real. Además, puede utilizar componentes terminados y materiales improvisados.
Por lo tanto, consideramos paso a paso la fabricación de la estructura más simple: una rueda de agua.
Materiales y herramientas necesarios.
Para hacer una mini estación hidroeléctrica con sus propias manos, debe preparar una máquina de soldar, una amoladora, un taladro y un conjunto de herramientas auxiliares: un martillo, un destornillador, una regla.
De los materiales que necesitará:
- Esquinas y chapa con un espesor de al menos 5 mm.
- Tubos de PVC o acero galvanizado para la fabricación de cuchillas.
- Generador (puede usar uno ya hecho o hacerlo usted mismo, como en este ejemplo).
- Discos de freno.
- Eje y rodamientos.
- Madera contrachapada.
- Resina de poliestireno para llenar el rotor y el estator.
- Alambre de cobre de 15 mm para un generador improvisado.
- Imanes de neodimio.
Tenga en cuenta que el diseño de la rueda entrará en contacto constante con el agua, por lo tanto, los elementos de metal y madera deben seleccionarse con protección contra la humedad (o cuidar de su impregnación y pintar usted mismo). Idealmente, la madera contrachapada se puede reemplazar con plástico, pero las piezas de madera son más fáciles de obtener y dar forma.
Ensamblaje de ruedas y fabricación de boquillas
La base de la rueda en sí puede ser dos discos de acero del mismo diámetro (si es posible obtener un tambor de acero del cable, excelente, esto acelerará enormemente el proceso de ensamblaje).
Pero si no se encontró metal en los materiales disponibles, es posible cortar círculos de madera contrachapada resistente al agua, aunque la resistencia y durabilidad de la madera tratada incluso no se puede comparar con el acero. Luego, en uno de los discos, debe cortar un orificio redondo para instalar el generador.
Después de eso, las cuchillas están hechas y necesitarán al menos 16 piezas. Para esto, las tuberías galvanizadas se cortan longitudinalmente en dos o cuatro partes (dependiendo del diámetro).Luego, los sitios de corte y la superficie de las cuchillas deben lijarse para reducir las pérdidas de energía durante la fricción.
Las cuchillas se instalan en un ángulo de aproximadamente 40-45 grados; esto ayudará a aumentar el área de superficie, que se verá afectada por la fuerza del flujo
La distancia entre los dos discos laterales debe ser lo más cercana posible a la longitud de las cuchillas. Para delinear un lugar para la ubicación de futuros centros, se recomienda hacer una plantilla de madera contrachapada, en la que se indicará un lugar para cada parte y un orificio para fijar la rueda al generador. El marcado listo se puede unir en el exterior de una de las unidades.
Luego, los círculos se instalan paralelos entre sí utilizando varillas de rosca sólida, y las cuchillas se sueldan o fijan con pernos en las posiciones deseadas. El tambor rotará sobre los rodamientos, y se utiliza un marco de esquinas o tuberías de pequeño diámetro como soporte.
En esta etapa, el conjunto del tambor puede considerarse completo, queda por equiparlo con un generador casero y una boquilla que dirige el flujo de agua.
La boquilla está diseñada para fuentes de agua del tipo de cascada: esta configuración permitirá utilizar la energía del flujo al máximo. Este elemento auxiliar se hace doblando la lámina de metal con la soldadura posterior de las costuras, y luego se monta en la tubería.
Sin embargo, si un río plano fluye en su área sin rápidos y otros obstáculos de gran altitud, este detalle no es necesario.
Es importante que el ancho del orificio de salida de la boquilla se corresponda con el ancho de la rueda, de lo contrario, parte del flujo quedará inactivo sin caer sobre las cuchillas.
Ahora la rueda debe montarse en el eje y montarse en un soporte desde las esquinas soldadas o atornilladas. Queda por hacer un generador (o instalarlo listo) y puedes ir al río.
Generador de bricolaje
Para hacer un generador casero, debe hacer un devanado y llenado del estator, para lo cual necesita bobinas con 125 vueltas de alambre de cobre en cada una. Después de unirlos, toda la estructura se vierte con resina de poliéster.
Cada fase consta de tres bobinas unidas consecutivamente, por lo que la conexión se puede hacer en forma de estrella o triángulo con varios cables externos.
Ahora debe preparar una plantilla de madera contrachapada que coincida con el tamaño del disco de freno.
Las marcas se hacen en un anillo de madera y se hacen ranuras para instalar imanes (en este caso, se usaron imanes de neodimio de 1.3 cm de espesor, 2.5 cm de ancho y 5 cm de largo). Luego, el rotor resultante también se llena con resina, y después del secado se une al tambor de la rueda.
Rueda de agua con rotor de disco de freno y generador de bobina de alambre de cobre: pintado, presentable y listo para usar
La última carcasa de aluminio montada con un amperímetro, que cubre los rectificadores. La tarea de estos elementos es convertir la corriente trifásica en corriente continua.
Después de instalar la rueda en la corriente de un río pequeño con una cascada o una tubería de derivación, puede contar con el rendimiento de una mini central hidroeléctrica a 1.9A * 12V a 110 revoluciones por minuto
Para evitar que las hojas, la arena y otros desechos traídos con la corriente caigan dentro de la rueda, es aconsejable colocar una red protectora frente al dispositivo.
También puede experimentar con espacios entre imanes y bobinas con un mayor número de vueltas para aumentar la eficiencia de la estación hidroeléctrica.
Aprenderá sobre todo tipo de fuentes de energía alternativas leyendo el artículo sobre la introducción de las "tecnologías verdes" en la vida cotidiana.
Video # 1. Un ejemplo de una instalación hidráulica en funcionamiento con un generador hecho a sí mismo basado en un motor trifásico:
Video # 2. Mini central hidroeléctrica de agua:
Video # 3. Una estación basada en una rueda de bicicleta es una solución interesante al problema del suministro de energía en vacaciones lejos de la civilización:
Como puede ver, construir una mini-planta de agua con sus propias manos no es tan difícil. Pero dado que la mayoría de los cálculos y parámetros para sus componentes se determinan "a simple vista", uno debe estar preparado para posibles desgloses y costos asociados.
Si siente una falta de conocimiento y experiencia en este campo, vale la pena confiar en especialistas que realizarán todos los cálculos necesarios, asesorarán al equipo que sea óptimo para su caso e instálelo de manera de calidad.
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