Central hidroeléctrica de bricolaje: cómo construir una mini central hidroeléctrica autónoma

La fuerza de la corriente 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 con 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. Proveedores alternativos de electricidad verde mientras se explota activamente solo en Occidente. En el territorio de nuestro país, esta industria prometedora solo está dando sus primeros pasos tímidos.

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, aunque la velocidad del 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 a los representantes de los servicios ambientales, permitan el uso de energía de flujo para sus propósitos.

Además, en invierno, la unidad solo se puede usar 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 centrales

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 Darier

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 según el principio del "ala de elevación", que está ampliamente involucrada 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 de la corriente 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 "desenredarse", 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:

La gran ventaja de los remolinos 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, este es el molino de viento más fácil, 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 del 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 es adecuada solo para ríos profundos y rápidos: en un estanque poco profundo, las palas giratorias pueden dañar a 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 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 opciones más simples para 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 fosa superior) - se instalan debajo de la presa, tubería o en el fondo del umbral natural para que el agua que cae continúe 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 acciona una rueda, lo que hace girar el generador de una mini planta de energía.

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 que las estructuras de tambor sean 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:

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 del bajo precio tentador 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 operar una mini central hidroeléctrica, sobre todo durante todo el año, por lo que no será perjudicial 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:

1. 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.
2. 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!).
3. Las instalaciones no emiten sustancias nocivas, no contaminan el agua y funcionan casi en silencio.
4. 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).
5. El exceso de electricidad se puede vender a las casas vecinas.

En cuanto a las deficiencias, la fuerza de flujo insuficiente puede convertirse en un serio obstáculo para la operación productiva de los equipos. 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 un cálculo aproximado para generar electricidad en una cantidad suficiente para el uso práctico, vale la pena prestar atención a métodos de construcción de turbinas eólicas. El molino de viento servirá como un complemento efectivo.

Medición de flujo de agua

Lo primero que debe hacer para pensar sobre el tipo y 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 en que el nadador nadará la distancia hasta 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 diferencias de elevación.

Esto se puede hacer con 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, armar "sobre una rodilla" y construir un coloso diseñado para servir a una empresa o un 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 la fabricación paso a paso 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.
• Contrachapado
• 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 estará 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, bien, esto acelerará en gran medida el proceso de ensamblaje).

Pero si no se encontró metal en los materiales disponibles, es posible cortar círculos de madera contrachapada impermeable, 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, se hacen las cuchillas 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 la pérdida 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 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 dirija el flujo de agua.

La boquilla está diseñada para fuentes de agua del tipo de cascada: tal instalación permitirá el uso máximo de la energía del flujo. 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 corresponda al ancho de la rueda misma, de lo contrario, parte del flujo quedará inactivo sin llegar a 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.

Acerca de todos los tipos fuentes alternativas de energía Lo descubrirá leyendo el artículo sobre la introducción de tecnologías ecológicas en la vida cotidiana.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

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 como 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, debe confiar en los especialistas que realizarán todos los cálculos necesarios, asesorar al equipo que sea óptimo para su caso e instalarlo de manera de calidad.

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