Central hidroelèctrica "Do it it yourself": com es construeix una mini-hidroelèctrica autònoma

La força del corrent d’aigua és un recurs natural renovable que permet rebre gairebé electricitat gratuïta. L’energia donada per la natura proporcionarà l’oportunitat d’estalviar en els serveis públics i resoldre el problema dels equips de recàrrega.

Si un rierol o un riu flueix prop de casa, val la pena utilitzar-lo. Podran subministrar electricitat a la parcel·la i a la casa. I, fins i tot si es construeix una central hidroelèctrica pròpia, l'efecte econòmic augmenta notablement.

L’article presentat descriu en detall la tecnologia de fabricació d’estructures hidràuliques privades. Hem parlat del que és necessari per configurar un sistema i connectar-lo als consumidors. Aquí coneixereu totes les opcions per a proveïdors d’energia en miniatura, assemblats a partir de materials improvisats.

Centrals Hidroelèctriques

Les centrals hidroelèctriques són estructures capaces de convertir l’energia del moviment de l’aigua en electricitat. Proveïdors alternatius d’electricitat verda mentre que s’explotava activament només a Occident. Al territori del nostre país, aquesta prometedora indústria només fa els seus primers passos tímids.

Les petites centrals hidroelèctriques privades poden arribar a ser preses en grans rius, generant des d’una desena fins a diversos centenars de megavatios o mini centrals hidroelèctriques amb una potència màxima de 100 kW, cosa que és suficient per a les necessitats d’una casa privada. Aquí sobre aquest últim i obtenir més informació.

Estació de cargols hidràulica

El disseny consisteix en una cadena de rotors muntats sobre un cable d’acer flexible, tirat a través del riu. El propi cable juga el paper d’un eix rotatiu, un extrem del qual es fixa al coixinet de suport, i l’altre activa l’eix del generador.

Cada rotor hidràulic de "garlanda" és capaç de generar uns 2 kW d'energia, tot i que la velocitat del cabal d'aigua hauria de ser d'almenys 2,5 metres per segon i la profunditat del dipòsit no hauria de superar els 1,5 m.

El principi de funcionament d’una central hidroelèctrica de garlanda és simple: la pressió de l’aigua fa girar els cargols hidràulics, i fan girar el cable i forcen el generador a generar energia.

Les estacions de les garlandes es van utilitzar amb èxit a mitjan segle passat, però aleshores el rol dels cargols el van tenir les hélices casolanes i fins i tot les llaunes de llauna. Avui, els fabricants ofereixen diversos tipus de rotors per a diverses condicions de funcionament.

Estan equipades amb fulles de diferents mides fetes de xapa i permeten obtenir la màxima eficiència a partir del funcionament de l'estació.

Però, tot i que aquest hidrogenerador és força senzill de fabricar, el seu funcionament comporta diverses condicions especials que no sempre són factibles a la vida real. Aquestes estructures bloquegen la llera del riu, i és poc probable que els veïns de la costa, per no parlar dels representants dels serveis ambientals, permetin l’ús de l’energia del cabal per als vostres propòsits.

A més, a l’hivern, la unitat només es pot utilitzar en masses d’aigua que no congelen, i en climes durs es pot conservar o desmuntar. Per tant, les estacions de garlandes es construeixen temporalment i principalment en una zona deserta (per exemple, a prop de pastures d’estiu).

Les estacions de rotor amb una capacitat d’1 a 15 kW / h generen fins a 9,3 MW al mes i permeten resoldre de forma independent el problema de l’electrificació en regions allunyades de les carreteres centrals.

Un anàleg modern d'una instal·lació en cadena de margarides és estacions submergibles o de marea amb rotors transversals. A diferència del seu predecessor de la garlanda, aquestes estructures no bloquegen tot el riu, sinó que només utilitzen part del canal, i es poden instal·lar en un pontó o bassa o completament baixar fins al fons del pantà.

Rotor vertical Darier

El rotor Darier és un dispositiu de turbines que va ser nomenat en honor del seu inventor el 1931.El sistema consta de diverses fulles aerodinàmiques fixades en bigues radials i funciona a causa de la caiguda de pressió segons el principi de "ala d'elevació", molt implicada en la construcció i la aviació.

Tot i que aquestes plantes s’utilitzen més per crear generadors eòlics, poden funcionar amb aigua. Però en aquest cas, calen càlculs precisos per seleccionar el gruix i l'amplada de les fulles d'acord amb la força del corrent d'aigua.

El rotor Darier s’assembla a un “molí de vent”, només instal·lat sota l’aigua, i pot funcionar independentment de les fluctuacions estacionals del cabal

Els rotors verticals rarament s'utilitzen per crear centrals hidroelèctriques locals. Malgrat els bons indicadors de rendiment i l’aparent simplicitat del disseny, l’equip és força difícil d’operar.

Abans d’iniciar el treball, el sistema s’ha de “sotmetre a problemes”, però només la congelació d’un embassament pot aturar una estació de funcionament. Per tant, el rotor Darier s’utilitza principalment en empreses industrials.

L'inventor austríac Franz Zotloterer va proposar una solució interessant en el camp del disseny de petites plantes hidroelèctriques amb una turbina en funcionament vertical:

L’enorme avantatge dels remolins es considera correctament la conservació dels recursos pesquers. El funcionament d’una turbina vertical no perjudica els organismes vius del riu. A més, el fang no perd a les parets de les estructures a causa del moviment específic del cabal d’aigua.

Hèlix submarí

De fet, aquest és el molí de vent més fàcil, només s’instal·la sota l’aigua. Les dimensions de les pales per assegurar la màxima velocitat de gir i la resistència mínima es calculen depenent de la força del cabal. Per exemple, si la velocitat de flux no supera els 2 m / s, l’amplada de la fulla hauria de ser de 2-3 cm.

Una hèlix submarina és fàcil de fer amb les seves pròpies mans, però només és adequada per a rius profunds i ràpids; en un estany poc profund, les pales giratòries poden causar lesions a pescadors, banyistes, aus aquàtiques i animals

Aquest molí de vent s'instal·la "cap a" el cabal, però les pales no funcionen a causa de la pressió de la pressió de l'aigua, sinó a causa de l'ocurrència de força d'aixecament (pel principi d'una ala d'avió o hèlix del vaixell).

Roda d'aigua amb fulles

Una roda d’aigua és una de les opcions més senzilles per a un motor hidràulic, conegut des de l’època de l’Imperi Romà. L’efectivitat del seu treball depèn en gran mesura del tipus de font on s’ha instal·lat.

La roda de colada només pot girar a causa del cabal i la roda de fosa es pot girar amb l'ajuda de la pressió i el pes de l'aigua que flueix des de dalt a les fulles

Segons la profunditat i el canal del curs d’aigua, es poden instal·lar diversos tipus de rodes:

• Submarí (o inferior) - Apte per a rius poc profunds amb un cabal ràpid.
• Midbottom - es localitzen en canals amb cascades naturals de manera que el corrent flueix aproximadament al mig del tambor giratori.
• A granel (o fossa superior) - s’instal·len sota la presa, la canonada o a la part inferior del llindar natural de manera que l’aigua que cau continuï per la part superior de la roda.

Però el principi de funcionament de totes les opcions és el mateix: l’aigua entra a les pales i condueix una roda, cosa que fa girar el generador de la central mini.

Els fabricants d’equips hidràulics ofereixen turbines fora de la plataforma les fulles estan especialment adaptades a un cabal d’aigua específic. Però els artesans de casa fan de les estructures de tambor la forma antiga: a partir de materials improvisats.

La següent selecció de fotos us ajudarà a conèixer els passos per crear la versió més senzilla d’una mini estació hidroelèctrica:

Potser la falta d’optimització afectarà els indicadors d’eficiència, però el cost dels equips casolans costarà diverses vegades més barat que la contrapart adquirida. Per tant, una roda d’aigua és l’opció més popular per organitzar la vostra pròpia central hidroelèctrica.

Condicions per a la instal·lació d’una central hidroelèctrica

Malgrat la temptativa baratitat d’energia generada per un hidrogenerador, és important tenir en compte les característiques d’una font d’aigua, els recursos dels quals penses utilitzar per a les teves pròpies necessitats.

De fet, no tots els cursos d’aigua són adequats per funcionar una central hidroelèctrica, més encara durant tot l’any, de manera que no perjudicarà tenir la possibilitat de connectar-se a una carretera centralitzada en reserva.

Uns quants avantatges i contres

Els principals avantatges d’una central hidroelèctrica individual són evidents: un equipament barat que genera electricitat barata no perjudica la natura (a diferència de les preses que bloquegen el corrent fluvial). Tot i que el sistema no es pot anomenar absolutament segur, els elements rotatius de les turbines poden causar lesions als habitants del món submarí i fins i tot a les persones.

Per tal d’evitar accidents, s’ha de protegir la central hidroelèctrica i, si el sistema està totalment amagat per l’aigua, instal·leu un senyal d’avís a la costa

Avantatges dels mini-hidro:

1. A diferència d’altres fonts d’energia “lliures” (plaques solars, generadors eòlics), els sistemes hidràulics poden funcionar independentment de l’hora del dia o del temps. L’únic que pot prevenir-los és la congelació de l’embassament.
2. No és necessari tenir un gran riu per instal·lar un hidrogenerador: les mateixes rodes d’aigua es poden utilitzar amb èxit fins i tot en petits corrents (però ràpids!).
3. Les instal·lacions no emeten substàncies nocives, no contaminen l’aigua i funcionen gairebé en silenci.
4. Per a la instal·lació de centrals minihidroelèctriques amb una potència de fins a 100 kW, no cal que necessiteu permisos (tot i que tot depèn de les autoritats locals i del tipus d’instal·lació).
5. L’excés d’electricitat es pot vendre a les cases veïnes.

Pel que fa a les deficiències, la força de flux insuficient pot convertir-se en un seriós obstacle per al funcionament productiu dels equips. En aquest cas, caldrà erigir estructures auxiliars, cosa que comporta despeses addicionals.

Si l’energia potencial d’un riu proper no és suficient per a un càlcul aproximat per generar electricitat en una quantitat suficient per a un ús pràctic, hauríeu de prestar atenció a mètodes de construcció de aerogeneradors. El molí servirà com a complement eficaç.

Mesura del cabal d'aigua

El primer que heu de fer per pensar en el tipus i el mètode d’instal·lació de l’estació és mesurar la velocitat del cabal d’aigua en una font escollida.

La manera més senzilla és baixar qualsevol objecte lleuger (per exemple, una pilota de tennis, una peça d’espuma de poliestirè o un flotador de pesca) als ràpids i aturar el temps en què el nedador nedarà la distància fins a alguna fita. La distància estàndard per a la "natació" és de 10 metres.

Si l'estany està lluny de casa, podeu crear un canal o una canalització i, al mateix temps, tenir cura de les diferències d'altura

Ara heu de dividir la distància recorreguda en metres pel nombre de segons, aquesta serà la velocitat del corrent. Però si el valor obtingut és inferior a 1 m / s, caldrà erigir estructures artificials per tal d’accelerar el flux per diferències d’elevació.

Es pot fer amb una presa plegable o amb una canonada de desguàs estreta. Però sense un bon cabal, caldrà abandonar la idea d’una central hidroelèctrica.

Producció de centrals hidroelèctriques a partir d’una roda d’aigua

Per descomptat, muntar "en un genoll" i construir una colosa dissenyada per servir a una empresa o un assentament, fins i tot a partir d'una dotzena de cases, és una idea des del terreny de la fantasia. Però és bastant real construir una mini-hidroelèctrica amb les vostres mans per estalviar electricitat. A més, podeu utilitzar components i materials acabats.

Per tant, considerem la fabricació pas a pas de l’estructura més simple: una roda d’aigua.

Materials i eines necessàries

Per fer una mini estació hidroelèctrica amb les vostres pròpies mans, heu de preparar una màquina de soldadura, una esmeriladora, un trepant i un conjunt d’eines auxiliars: un martell, un tornavís, una regla.

Dels materials que necessitareu:

• Racons i xapa amb un gruix d'almenys 5 mm.
• Tubs de PVC o acer galvanitzat per a la fabricació de fulles.
• Generador (podeu fer-ne un ja preparat o fer-lo tu mateix, com en aquest exemple).
• Discs de fre.
• Eix i coixinets.
• Contraplacat.
• Resina de poliestirè per omplir el rotor i l'estator.
• Fil de coure de 15 mm per a un generador improvisat.
• Imants de neodim.

Tingueu en compte que el disseny de les rodes entrarà constantment en contacte amb l’aigua, per tant s’han de seleccionar elements de metall i fusta amb protecció contra la humitat (o tenir cura de la seva impregnació i pintar-vos vosaltres mateixos). L’ideal és que el contraplacat es pugui substituir per plàstic, però les peces de fusta són més fàcils d’obtenir i donar forma.

Muntatge de rodes i fabricació de broquets

La base de la roda en sí pot ser dos discos d’acer del mateix diàmetre (si és possible treure un tambor d’acer del cable, excel·lent, això accelerarà molt el procés de muntatge).

Però si no es troba metall en els materials disponibles, és possible tallar cercles de contraplacat impermeable, tot i que no es pot comparar la resistència i la durabilitat de la fusta tractada fins i tot amb l’acer. A continuació, en un dels discos heu de tallar un forat rodó per instal·lar el generador.

Després d’això, es fan les fulles i necessitaran almenys 16 peces. Per això, les canonades galvanitzades es tallen longitudinalment en dues o quatre parts (segons el diàmetre). A continuació, s’han de polir els llocs de tall i la superfície pròpia de les fulles per reduir la pèrdua d’energia durant la fricció.

Les fulles s’instal·len a un angle d’uns 40-45 graus, cosa que ajudarà a augmentar la superfície, que es veurà afectada per la força del flux

La distància entre els dos discs laterals hauria de ser el més propera possible a la longitud de les fulles. Per esbossar un lloc per als futurs hubs, es recomana fer una plantilla a partir de contraplacat, sobre la qual s’indicarà un lloc per a cada part i un forat per fixar la roda al generador. Es pot enganxar la marca prèvia a la part exterior d’un dels discs.

A continuació, els cercles s'instal·len paral·lelament entre si mitjançant varilles de fil sòlid i les fulles es solden o es fixen amb cargols en les posicions desitjades. El tambor girarà sobre coixinets i s’utilitza un marc de cantonades o canonades de petit diàmetre com a suport.

En aquesta fase, es pot considerar que el conjunt de tambor es completa, queda equipar-lo amb un generador casolà i una boquilla que dirigeix ​​el flux d’aigua

El broquet està dissenyat per a fonts d'aigua del tipus cascada; aquesta configuració permetrà aprofitar al màxim l'energia del cabal. Aquest element auxiliar es realitza plegant xapa amb posterior soldadura de les costures, i després es munta a la canonada.

Tanmateix, si un riu pla flueix a la vostra zona sense ràpids i altres obstacles de gran alçada, aquest detall no és necessari.

És important que l’amplada del forat de sortida de la boquilla correspongui a l’amplada de la pròpia roda, en cas contrari, una part del cabal quedarà al ralentí sense entrar a les fulles.

Ara la roda ha de ser muntada sobre l'eix i muntada en un suport de les cantonades soldades o cargolades entre si. Resta fer un generador (o instal·lar-lo a punt) i podeu anar al riu.

Generador de bricolatge

Per fer un generador casolà, cal fer una bobina i un farciment d’estator, per a la qual cosa necessiteu bobines amb 125 voltes de fil de coure a cada una. Després d’unir-les, s’aboca tota l’estructura amb resina de polièster.

Cada fase consta de tres bobines unides consecutivament, de manera que la connexió es pot fer en forma d’estrella o de triangle amb diversos cables externs

Ara heu de preparar una plantilla de contraplacat que coincideixi amb la mida del disc de fre.

Les marques es fan sobre un anell de fusta i es realitzen ranures per a la instal·lació d’imants (en aquest cas s’utilitzen imants de neodimi d’1,3 cm de gruix, 2,5 cm d’amplada i 5 cm de llarg). Després el rotor resultant també s’omple de resina i, després d’assecar-lo, s’uneix al tambor de la roda.

Roda d'aigua amb rotor de disc de fre i generador de bobines de fil de coure, pintat, presentable i llest per al seu ús

L’última carcassa d’alumini muntada amb un amperímetre, que cobreix els rectificadors. La tasca d’aquests elements és convertir el corrent trifàsic en corrent directe.

Després d’instal·lar la roda al rierol d’un petit riu amb una cascada o una canonada de desviament, podeu comptar amb el rendiment d’una mini central hidroelèctrica a 1,9A * 12V a 110 revolucions per minut.

Per evitar que caiguin a la roda les fulles, la sorra i altres restes que es puguin caure a la roda, és recomanable posar una xarxa de protecció davant de l’aparell.

També podeu experimentar amb buits entre imants i bobines amb un nombre augmentat de voltes per augmentar l'eficiència de l'estació hidroelèctrica.

Sobre tot tipus fonts d’energia alternatives El descobrireu llegint l’article sobre la introducció de les tecnologies verdes a la vida quotidiana.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Vídeo # 1. Un exemple d’instal·lació hidràulica de treball amb un generador fabricat automàticament basat en un motor trifàsic:

Vídeo # 2. Minicentral hidroelèctrica:

Vídeo # 3.Una estació basada en una roda de bicicletes és una solució interessant per al problema del subministrament d'energia en vacances lluny de la civilització:

Com veieu, no és tan difícil construir una central mini-elèctrica d’aigua amb les vostres mans. Però, ja que la majoria dels càlculs i paràmetres dels seus components es determinen "a ull", s'hauria de preparar per a possibles avaries i costos associats.

Si sentiu una manca de coneixements i experiència en aquest camp, heu de confiar en els especialistes que realitzaran tots els càlculs necessaris, aconsellar l’equip que sigui òptim per al vostre cas i instal·lar-lo d’una manera de qualitat.

Escriviu els comentaris al bloc següent. Comparteix informació interessant i recomanacions útils, deixa fotos temàtiques. Potser voleu explicar com heu creat la vostra central hidroelèctrica en un lloc suburbà? Ens complau llegir la vostra història sobre el procés i el funcionament del dispositiu.