Central hidrelétrica de bricolage: como construir uma mini-hidrelétrica autônoma

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 de economizar em serviços públicos e resolver o problema com equipamentos de recarga.

Se um riacho 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 alternativos de eletricidade verde enquanto ativamente explorado apenas no Ocidente. No território de nosso país, essa indústria promissora está apenas dando seus primeiros passos tímidos.

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 próprio cabo desempenha o papel de um eixo de rotação, 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, embora a velocidade do fluxo de água seja de pelo menos 2,5 metros por segundo e a profundidade do reservatório não exceda 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 a operação da estação.

Mas, embora este hidrogenador seja bastante simples de fabricar, sua operação envolve uma série de 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, estações de guirlanda são construídas temporariamente e principalmente em uma área deserta (por exemplo, perto de pastagens de verão).

As 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 das rodovias centrais

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 / jangada ou completamente abaixadas até o fundo do reservatório.

Rotor vertical mais escuro

O rotor Darier é um dispositivo de turbina que foi 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 no princípio da “asa de elevação”, que está amplamente envolvida na construção naval e na aviação.

Embora essas plantas sejam mais usadas para criar geradores eólicos, elas podem trabalhar com água. Porém, nesse 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 projeto de pequenas centrais hidrelétricas com uma turbina em operação vertical foi proposta pelo inventor austríaco Franz Zotloterer:

A grande vantagem das banheiras de hidromassagem 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, este é o moinho de vento mais fácil, só é instalado debaixo d'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 causar ferimentos a 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 opções mais simples para um motor hidráulico, conhecido 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 taxa de fluxo, e a roda de fundição pode ser girada com a ajuda da pressão e do peso da água que flui de cima para as lâminas

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 para que o fluxo flua aproximadamente no meio do tambor rotativo.
• A granel (ou poço superior) - são instalados sob a represa, o cano ou na parte inferior do limiar natural, de modo 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 lâminas e aciona uma roda, o que faz o gerador de uma mini usina girar.

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 criam estruturas de tambores à moda antiga - a partir de materiais improvisados.

A seguinte seleção de fotos ajudará você a se familiarizar com as etapas de construção da versão mais simples de uma mini estação hidrelétrica:

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 do preço tentador da energia gerada por um hidrogerador, é importante levar em consideração 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 operar uma mini-usina hidrelétrica, ainda mais durante o ano todo, de modo que 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 (diferentemente das 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:

1. 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.
2. 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!).
3. As instalações não emitem substâncias nocivas, não poluem a água e trabalham quase silenciosamente.
4. Para a instalação de usinas hidroelétricas com potência de até 100 kW, não é necessário elaborar licenças (embora tudo dependa das autoridades locais e do tipo de instalação).
5. Excesso de eletricidade pode ser vendido para casas vizinhas.

Quanto às deficiências, a força de fluxo insuficiente 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 que um cálculo aproximado gere eletricidade em uma quantidade suficiente para uso prático, vale a pena prestar atenção ao métodos de construção de turbinas eólicas. O moinho de vento servirá como um complemento eficaz.

Medição do fluxo de água

A primeira coisa que você precisa fazer para pensar no tipo e 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 em que o nadador nadará 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 com uma barragem desmontável 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, reunir-se “de joelhos” e construir um colosso projetado para servir uma empresa ou um assentamento, mesmo a partir de uma dúzia de casas, é uma idéia 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.
• Contraplacado.
• 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 entra 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 própria roda pode ser dois discos de aço do mesmo diâmetro (se for possível obter um tambor de aço com o cabo - tudo bem, 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 a perda 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 instalação permitirá 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 entrar 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 preenchida 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 aconselhável 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.

Sobre todos os tipos fontes de energia alternativas Você descobrirá lendo o artigo sobre a introdução de tecnologias verdes na vida cotidiana.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

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 neste campo, confie nos especialistas que farão todos os cálculos necessários, aconselhe o equipamento ideal para o seu caso e instale-o de maneira com qualidade.

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