A força do fluxo da água é um recurso natural renovável que permite receber eletricidade quase gratuita. A energia doada pela natureza proporcionará uma oportunidade para economizar em serviços públicos e resolver o problema de recarga de equipamentos.
Se um córrego ou rio flui perto de sua casa, vale a pena usá-lo. Eles serão capazes de fornecer eletricidade ao lote e à casa. E mesmo que uma usina hidrelétrica faça você mesmo, o efeito econômico aumenta significativamente.
O artigo apresentado descreve em detalhes a tecnologia de fabricação de estruturas hidráulicas particulares. Falamos sobre o que é necessário para configurar um sistema e conectá-lo aos consumidores. Aqui você aprenderá sobre todas as opções para fornecedores de energia em miniatura, montados a partir de materiais improvisados.
Usinas Hidrelétricas
As usinas hidrelétricas são estruturas capazes de converter a energia do movimento da água em eletricidade. Fornecedores de eletricidade “verdes” alternativos ainda são ativamente explorados apenas no Ocidente. No território de nosso país, essa indústria promissora está apenas dando seus primeiros passos tímidos.
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Gerar eletricidade extraindo o potencial da água é uma das áreas promissoras da energia verde. Suas vantagens são o uso de recursos livres inesgotáveis do planeta com o menor dano ao meio ambiente natural.
Os objetos envolvidos no campo de pequenas centrais hidrelétricas incluem mini usinas hidrelétricas que geram de 3-100 kW a 25 MW
Para obter eletricidade ao usar a energia da água, não é necessário ter um rio de montanha tempestuoso ou construir uma grande barragem. Basta estreitar o leito de um pequeno rio ou córrego
A turbina de uma pequena usina hidrelétrica pode ser forçada a girar até um canal relativamente pequeno em volume, no qual a água vem de um reservatório ou rio próximo
Pequenas usinas hidrelétricas localizadas diretamente no fluxo de água são simples, mas não permitem regular a força e o volume do escoamento. A possibilidade de ajuste fornecerá um reservatório em miniatura
As mais promissoras para a organização de mini centrais hidrelétricas são os córregos das montanhas, com uma diferença de altura característica no canal. No entanto, condições semelhantes também podem ser criadas para um rio que flui ao longo de terreno plano.
Todos os tipos de giros e redemoinhos de água que podem ser construídos artificialmente ao derramar estruturas de concreto ajudarão a aumentar o desempenho de uma usina hidrelétrica em miniatura.
Para aumentar a eficiência, os pequenos desenvolvedores de energia hidrelétrica estão melhorando as turbinas. Por exemplo, uma roda convencional com lâminas é substituída por um parafuso de várias voltas
Usando água para gerar eletricidade
Uma das opções tradicionais para pequenas centrais hidrelétricas
Canal estreitando para recuperação de energia
Dispositivo direcionado à lâmina
Opção perto da barragem com um pequeno reservatório
A diferença de altura no canal de um córrego ou rio
Torção construída artificialmente
Turbina do tipo parafuso de alta eficiência
Pequenas usinas hidrelétricas privadas podem ser represas em grandes rios, gerando de uma dúzia a várias centenas de megawatts ou mini centrais hidrelétricas com uma potência máxima de 100 kW, o que é suficiente para as necessidades de uma casa particular. Aqui sobre o último e saiba mais.
Estação de parafuso hidráulico
O projeto consiste em uma cadeia de rotores montados em um cabo de aço flexível, puxados através do rio. O cabo em si desempenha o papel de um eixo rotacional, uma extremidade da qual é fixada no mancal de suporte e a outra ativa o eixo do gerador.
Cada rotor hidráulico de "guirlanda" é capaz de gerar cerca de 2 kW de energia; no entanto, a taxa de fluxo de água para isso deve ser de pelo menos 2,5 metros por segundo e a profundidade do reservatório não deve exceder 1,5 m.
O princípio de operação de uma usina hidrelétrica de guirlanda é simples: a pressão da água gira os parafusos hidráulicos, eles giram o cabo e forçam o gerador a gerar energia
As estações Garland foram usadas com sucesso em meados do século passado, mas o papel dos parafusos foi desempenhado por hélices caseiras e até latas. Hoje, os fabricantes oferecem vários tipos de rotores para várias condições operacionais.
Eles são equipados com lâminas de diferentes tamanhos em chapa e permitem obter a máxima eficiência com o funcionamento da estação.
Mas embora esse hidrogenador seja bastante simples de fabricar, sua operação envolve várias condições especiais que nem sempre são viáveis na vida real. Tais estruturas bloqueiam o leito do rio, e é improvável que os vizinhos ao longo da costa, sem mencionar os representantes dos serviços ambientais, permitam o uso de energia de fluxo para seus propósitos.
Além disso, no inverno, a unidade só pode ser usada em corpos de água sem congelamento e, em climas severos, pode ser preservada ou desmontada. Portanto, as estações de guirlanda são construídas temporariamente e principalmente em uma área deserta (por exemplo, perto de pastagens de verão).
Estações de rotor com capacidade de 1 a 15 kW / h geram até 9,3 MW por mês e permitem resolver independentemente o problema de eletrificação em regiões remotas de rodovias centralizadas
Um análogo moderno de uma instalação em cadeia é a estação de quadro submersível ou de maré com rotores transversais. Diferentemente do predecessor da guirlanda, essas estruturas não bloqueiam todo o rio, mas usam apenas parte do canal, e podem ser instaladas em um pontão / balsa ou completamente abaixadas até o fundo do reservatório.
Rotor vertical Daria
O rotor Darier é um dispositivo de turbina, nomeado em homenagem a seu inventor em 1931. O sistema consiste em várias pás aerodinâmicas fixadas em vigas radiais e funciona devido à pressão diferencial de acordo com o princípio da asa de elevação, amplamente utilizada na construção naval e na aviação.
Embora essas plantas sejam mais usadas para criar geradores eólicos, elas podem trabalhar com água. Porém, neste caso, são necessários cálculos precisos para selecionar a espessura e a largura das pás de acordo com a força do fluxo de água.
O rotor Darier se assemelha a um "moinho de vento", instalado apenas debaixo d'água, e pode funcionar independentemente das flutuações sazonais na vazão
Rotores verticais raramente são usados para criar usinas hidrelétricas locais. Apesar dos bons indicadores de desempenho e da aparente simplicidade do design, o equipamento é bastante difícil de operar.
Antes de iniciar o trabalho, o sistema precisa estar "sem torção", mas apenas o congelamento de um reservatório pode parar uma estação de corrida. Portanto, o rotor Darier é usado principalmente em empresas industriais.
Uma solução interessante no campo do design de pequenas centrais hidrelétricas com uma turbina em operação vertical foi proposta pelo inventor austríaco Franz Zotloterer:
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Mini-estação de ação gravitacional de redemoinho
A construção de um canal separado com hidromassagem
Turbina no centro de rotação
Coletores de energia gerados
A grande vantagem do redemoinho é justamente considerada a conservação dos recursos pesqueiros. A operação de uma turbina vertical não prejudica os organismos vivos do rio. Além disso, a lama não permanece nas paredes das estruturas devido ao movimento específico do fluxo de água.
Hélice subaquática
De fato, esta é a turbina eólica mais simples, só é instalada sob a água. As dimensões das pás, para garantir velocidade máxima de rotação e resistência mínima, são calculadas dependendo da força do fluxo. Por exemplo, se a velocidade do fluxo não exceder 2 m / s, a largura da lâmina deverá estar entre 2-3 cm.
Uma hélice subaquática é fácil de fabricar com suas próprias mãos, mas é adequada apenas para rios profundos e rápidos - em um lago raso, as pás rotativas podem ferir pescadores, nadadores, aves aquáticas e animais
Esse moinho de vento é instalado "na direção" do fluxo, mas suas pás não funcionam devido à pressão da pressão da água, mas devido à ocorrência de força de elevação (pelo princípio de uma asa de avião ou hélice de navio).
Roda d'água com lâminas
Uma roda d'água é uma das versões mais simples de um motor hidráulico, conhecida desde a época do Império Romano. A eficácia de seu trabalho depende em grande parte do tipo de fonte em que foi instalado.
A roda de fundição só pode girar devido à vazão e a roda de fundição pode ser girada com a ajuda da pressão e do peso da água que flui de cima para as pás
Dependendo da profundidade e do canal do curso de água, vários tipos de rodas podem ser instalados:
- Submarino (ou inferior) - Adequado para rios rasos com fluxo rápido.
- Midbottom - estão localizados em canais com cascatas naturais, de modo que a corrente flua aproximadamente no meio do tambor rotativo.
- A granel (ou com muita pilha) - são instaladas sob a barragem, cano ou na parte inferior do limiar natural, para que a queda de água continue através da parte superior da roda.
Mas o princípio de operação para todas as opções é o mesmo: a água entra nas pás e aciona uma roda, o que faz girar o gerador da mini-usina.
Os fabricantes de equipamentos hidráulicos oferecem turbinas prontas para uso, cujas pás são especialmente adaptadas para uma taxa de fluxo de água específica. Mas os artesãos domésticos fazem construções de tambores à moda antiga - a partir de materiais improvisados.
A seguinte seleção de fotos o ajudará a se familiarizar com as etapas de construção da versão mais simples de uma mini estação hidrelétrica:
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Etapa 1: restringindo o canal e formando um delta
Etapa 2: Cortar peças para montagem da turbina
Etapa 3: Fixando as pás em uma turbina improvisada
Etapa 5: instalando o suporte no canal de fluxo
Etapa 5: instalando a turbina em uma estrutura de suporte
Etapa 6: Conectando o gerador e as baterias
Etapa 7: acionamento por correia
Etapa 8: testando o dispositivo após a montagem
Talvez a falta de otimização afete os indicadores de eficiência, mas o custo do equipamento caseiro custará várias vezes mais barato que o equivalente adquirido. Portanto, uma roda d'água é a opção mais popular para organizar sua própria central hidroelétrica.
Condições para a instalação de uma usina hidrelétrica
Apesar da tentação barata de energia gerada por um hidrogerador, é importante considerar os recursos de uma fonte de água, cujos recursos você planeja usar para suas próprias necessidades.
De fato, nem todo curso de água é adequado para a operação de uma usina hidrelétrica, especialmente durante todo o ano, por isso não será prejudicial ter a capacidade de se conectar a uma rodovia central na reserva.
Alguns prós e contras
As principais vantagens de uma usina hidrelétrica individual são óbvias: equipamentos baratos que geram eletricidade barata não prejudicam a natureza (ao contrário de barragens que bloqueiam a corrente do rio). Embora o sistema não possa ser considerado absolutamente seguro, os elementos rotativos das turbinas ainda podem causar ferimentos aos habitantes do mundo subaquático e até às pessoas.
Para evitar acidentes, a usina hidrelétrica deve ser protegida e, se o sistema estiver completamente oculto pela água - instale um sinal de alerta na praia
Vantagens do mini-hidro:
- Ao contrário de outras fontes de energia "gratuitas" (painéis solares, geradores eólicos), os sistemas hidráulicos podem funcionar independentemente da hora do dia ou do clima. A única coisa que pode impedi-los é o congelamento do reservatório.
- Não é necessário ter um rio grande para instalar um hidrogenador - as mesmas rodas d'água podem ser usadas com sucesso, mesmo em riachos pequenos (mas rápidos!).
- As instalações não emitem substâncias nocivas, não poluem a água e trabalham quase silenciosamente.
- Para a instalação de mini usinas hidrelétricas com potência de até 100 kW, não é necessário elaborar licenças (embora tudo dependa das autoridades locais e do tipo de instalação).
- Excesso de eletricidade pode ser vendido para casas vizinhas.
Quanto às deficiências, a falta de fluxo pode se tornar um sério obstáculo à operação produtiva do equipamento. Nesse caso, será necessário montar estruturas auxiliares, o que implica custos adicionais.
Se a energia potencial de um rio próximo não for suficiente para a geração de eletricidade em uma quantidade suficiente para uso prático, vale a pena prestar atenção aos métodos de construção de geradores eólicos. O moinho de vento servirá como um complemento eficaz.
Medição do fluxo de água
A primeira coisa que você precisa fazer para pensar sobre a forma e o método de instalação da estação é medir a velocidade do fluxo de água em uma fonte escolhida.
A maneira mais fácil é abaixar qualquer objeto leve (por exemplo, uma bola de tênis, um pedaço de espuma de poliestireno ou uma bóia de pesca) nas corredeiras e parar o tempo com que nada a distância até algum ponto de referência. A distância padrão para o "mergulho" é de 10 metros.
Se a lagoa estiver longe de casa, você poderá construir um canal ou duto de ramificação e, ao mesmo tempo, cuidar das diferenças de altura
Agora você precisa dividir a distância percorrida em metros pelo número de segundos - essa será a velocidade da corrente. Porém, se o valor obtido for menor que 1 m / s, será necessário erguer estruturas artificiais para acelerar o fluxo por diferenças de altitude.
Isso pode ser feito usando uma represa dobrável ou um tubo de drenagem estreito. Mas sem um bom fluxo, a idéia de uma estação hidrelétrica terá que ser abandonada.
Produção de usinas hidrelétricas à base de roda d'água
Obviamente, montar “de joelhos” e erigir um colosso projetado para servir uma empresa ou assentamento, mesmo de uma dúzia de casas, é uma ideia do reino da fantasia. Mas construir uma mini estação hidrelétrica com suas próprias mãos para economizar eletricidade é bastante real. Além disso, você pode usar componentes acabados e materiais improvisados.
Portanto, consideramos a fabricação passo a passo da estrutura mais simples - uma roda d'água.
Materiais e ferramentas necessários
Para fazer uma mini estação hidrelétrica com suas próprias mãos, você precisa preparar uma máquina de solda, um moedor, uma furadeira e um conjunto de ferramentas auxiliares - um martelo, uma chave de fenda, uma régua.
Dos materiais que você precisará:
- Cantos e chapas com espessura de pelo menos 5 mm.
- Tubos de PVC ou aço galvanizado para a fabricação de lâminas.
- Gerador (você pode usar um já pronto ou fazer você mesmo, como neste exemplo).
- Discos de freio.
- Eixo e rolamentos.
- Madeira compensada.
- Resina de poliestireno para encher o rotor e o estator.
- Fio de cobre de 15 mm para um gerador improvisado.
- Ímãs de neodímio.
Observe que o design da roda entrará em contato constante com a água; portanto, elementos de metal e madeira devem ser selecionados com proteção contra a umidade (ou cuide da impregnação e da pintura). Idealmente, o compensado pode ser substituído por plástico, mas as peças de madeira são mais fáceis de obter e modelar.
Montagem de rodas e fabricação de bicos
A base da roda em si pode ser dois discos de aço do mesmo diâmetro (se for possível obter um tambor de aço com o cabo - excelente, isso acelerará bastante o processo de montagem).
Porém, se o metal não foi encontrado nos materiais disponíveis, é possível cortar círculos de madeira compensada à prova d'água, embora a resistência e a durabilidade da madeira tratada mesmo não possam ser comparadas ao aço. Em um dos discos, você precisa fazer um furo redondo para instalar o gerador.
Depois disso, as lâminas são feitas e precisarão de pelo menos 16 peças. Para isso, os tubos galvanizados são cortados longitudinalmente em duas ou quatro partes (dependendo do diâmetro).Em seguida, os locais de corte e a superfície das próprias lâminas devem ser lixados para reduzir as perdas de energia durante o atrito.
As lâminas são instaladas em um ângulo de cerca de 40-45 graus - isso ajudará a aumentar a área da superfície, que será afetada pela força do fluxo
A distância entre os dois discos laterais deve ser o mais próxima possível do comprimento das lâminas. Para delinear um local para a localização de futuros hubs, recomenda-se fazer um modelo de madeira compensada, no qual será indicado um local para cada peça e um furo para fixar a roda ao gerador. A marcação pronta pode ser anexada na parte externa de uma das unidades.
Em seguida, os círculos são instalados paralelamente entre si usando hastes de rosca sólida e as lâminas são soldadas ou fixadas com parafusos nas posições desejadas. O tambor irá girar nos rolamentos e uma estrutura de cantos ou tubos de pequeno diâmetro é usada como suporte.
Nesta fase, o conjunto do tambor pode ser considerado completo, resta equipá-lo com um gerador caseiro e um bico direcionando o fluxo de água
O bico foi projetado para fontes de água do tipo cascata - essa configuração possibilitará o uso máximo da energia do fluxo. Esse elemento auxiliar é fabricado dobrando chapas de metal com subsequente soldagem das costuras e, em seguida, é montado no tubo.
No entanto, se um rio plano fluir na sua área sem corredeiras e outros obstáculos de alta altitude, esse detalhe não será necessário.
É importante que a largura do orifício de saída do bico corresponda à largura da própria roda, caso contrário parte do fluxo ficará ocioso sem cair nas lâminas
Agora a roda precisa ser montada no eixo e montada em um suporte a partir dos cantos soldados ou aparafusados. Resta fazer um gerador (ou instalá-lo pronto) e você pode ir para o rio.
Gerador DIY
Para fazer um gerador caseiro, você precisa fazer um enrolamento e enchimento do estator, para o qual você precisa de bobinas com 125 voltas de fio de cobre em cada uma. Depois de juntá-los, toda a estrutura é derramada com resina de poliéster.
Cada fase consiste em três bobinas conectadas consecutivamente, de modo que a conexão pode ser feita na forma de uma estrela ou um triângulo com várias derivações externas
Agora você precisa preparar um modelo de madeira compensada que corresponda ao tamanho do disco de freio.
As marcações são feitas em um anel de madeira e os slots para a instalação de ímãs (neste caso, ímãs de neodímio com 1,3 cm de espessura, 2,5 cm de largura e 5 cm de comprimento foram usados). Em seguida, o rotor resultante também é preenchido com resina e, após a secagem, é anexado ao tambor da roda.
Roda d'água com rotor de disco de freio e gerador de bobina de fio de cobre - pintado, apresentável e pronto para uso
A última carcaça de alumínio montada com um amperímetro, cobrindo os retificadores. A tarefa desses elementos é converter corrente trifásica em corrente contínua.
Depois de instalar a roda no fluxo de um rio pequeno com um tubo de cascata ou derivação, você pode contar com o desempenho de uma mini-usina hidrelétrica a 1,9A * 12V a 110 rotações por minuto
Para evitar que folhas, areia e outros detritos trazidos pelo fluxo caiam na roda, é recomendável colocar uma rede de proteção na frente do dispositivo.
Você também pode experimentar intervalos entre ímãs e bobinas com um número maior de voltas para aumentar a eficiência da estação hidrelétrica.
Você aprenderá sobre todos os tipos de fontes alternativas de energia lendo o artigo sobre a introdução de "tecnologias verdes" na vida cotidiana.
Vídeo nº 1. Um exemplo de instalação hidráulica em funcionamento com um gerador de fabricação própria baseado em um motor trifásico:
Vídeo # 2. Mini usina hidrelétrica a água:
Vídeo nº 3. Uma estação baseada em uma roda de bicicleta é uma solução interessante para o problema do suprimento de energia em férias longe da civilização:
Como você pode ver, não é tão difícil construir uma mini- usina de água com suas próprias mãos. Porém, como a maioria dos cálculos e parâmetros para seus componentes é determinada a olho nu, é preciso estar preparado para possíveis quebras e custos associados.
Se você sentir falta de conhecimento e experiência nessa área, deve confiar nos especialistas que realizarão todos os cálculos necessários, aconselhar o equipamento ideal para o seu caso e instalá-lo de maneira de qualidade.
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