Debido al constante aumento en el costo de los carbohidratos portadores de energía, los expertos están prestando cada vez más atención a los beneficios de usar la electricidad generada de una manera más económica. Una de las más económicas y respetuosas con el medio ambiente...
Debido al constante aumento en el costo de los carbohidratos portadores de energía, los expertos están prestando cada vez más atención a los beneficios de usar la electricidad generada de una manera más económica. Una de las formas más económicas y respetuosas con el medio ambiente de generar electricidad es una central hidroeléctrica para el hogar, cuyos costos se reducen a la construcción primaria y mantenimiento de equipos. Pero no todas las localidades tienen oportunidades naturales para la construcción de tales estructuras, que requieren un flujo de agua poderoso y una gran diferencia de elevación creada por la presa, en este caso, las minicentrales hidroeléctricas acuden en ayuda de los ingenieros energéticos.
El principio de funcionamiento y mini central hidroeléctrica.
El principio de funcionamiento de este equipo es bastante simple, lo que se suma a su fiabilidad. El flujo de agua, que cae sobre las palas de la turbina, hace girar el accionamiento hidráulico junto con el generador eléctrico, lo que garantiza la generación de electricidad bajo el control del sistema de control.
Las mini centrales hidroeléctricas modernas están equipadas con un sistema de control que permite operar en modo automático con una transición instantánea al control manual en caso de emergencia. Un sistema de protección multinivel le permite evitar sobrecargas en los equipos cuando cambian las condiciones externas. El diseño de las estaciones permite minimizar los trabajos de construcción durante la instalación de los equipos necesarios.
Variedades de mini centrales hidroeléctricas.
Una mini central hidroeléctrica es un equipo con una capacidad de 1 a 3000 kW, que incluye un dispositivo de toma de agua (turbina), una unidad generadora de energía y un sistema de control del equipo.
Dependiendo de los recursos hídricos utilizados, las minicentrales hidroeléctricas se dividen en varias categorías:
- Estaciones de pasada que aprovechan la energía de pequeños ríos con embalses organizados. Se utilizan principalmente en terrenos llanos;
- estaciones estacionarias que utilizan la energía de una corriente rápida en el funcionamiento de los ríos de montaña;
- estaciones que utilizan diferencias de flujo de agua en empresas industriales;
- estaciones móviles que utilizan mangueras reforzadas para organizar el flujo.
De acuerdo con la presión esperada del flujo de agua, la unidad hidroeléctrica y su turbina están diseñadas para igualar la potencia de la unidad generadora de energía para proporcionar la velocidad requerida del generador y facilitar la creación de la frecuencia de corriente requerida.
Para diversas condiciones de operación de minicentrales hidroeléctricas, se han desarrollado diseños de turbinas apropiados:
- con una gran presión de flujo de agua de más de 60 m, se utilizan turbinas radiales-axiales y de cubo;
- con una intensidad de flujo promedio de 25 a 60 m, las turbinas de pala rotatoria y diseño radial-axial han demostrado su eficacia;
- en flujos de baja presión, es más rentable utilizar estructuras de paletas rotativas y hélices colocadas en cámaras de hormigón armado.
Video central hidroelectrica casera
Características de conectar una mini central hidroeléctrica.
El dispositivo de este equipo le permite conectar estaciones directamente a la red de suministro de energía, en este caso se utiliza un generador síncrono. Para crear una red local, se utiliza una unidad asíncrona, que está equipada con una unidad de carga de balasto necesaria para disipar el exceso de energía a fin de evitar fallas en los sistemas de suministro de energía y cambios bruscos en los parámetros principales de la red.
Ventajas y desventajas de las minicentrales hidroeléctricas
Las ventajas de tales sistemas incluyen:
- seguridad ambiental de los equipos y no necesidad de inundar grandes áreas;
- bajo costo de la electricidad generada, que es varias veces más barata que la generada en las centrales térmicas;
- simplicidad y confiabilidad del equipo utilizado y la posibilidad de su operación fuera de línea;
- inagotabilidad del recurso natural utilizado
Las desventajas incluyen:
- interrupciones en el suministro eléctrico de determinadas regiones en caso de falla de los equipos, en el caso de utilizar una minicentral hidroeléctrica como fuente local. Esto se compensa con la presencia de una fuente de alimentación de emergencia, conectada automáticamente;
- Débil base productiva y reparadora de esta rama del abastecimiento energético en nuestro país.
Dado que las tarifas eléctricas han comenzado recientemente a subir, las fuentes renovables de electricidad están cobrando cada vez más importancia entre la población, permitiéndoles recibir electricidad casi gratis. Entre tales fuentes conocidas por la humanidad, vale la pena destacar los paneles solares, las turbinas eólicas y las centrales hidroeléctricas domésticas. Pero estos últimos son bastante complejos, porque tienen que trabajar en condiciones muy agresivas. Aunque esto no significa en absoluto que sea imposible construir una minicentral hidroeléctrica con sus propias manos.
Para hacer todo de manera correcta y eficiente, lo principal es elegir los materiales correctos. Deben garantizar la máxima durabilidad de la estación. Los generadores hidroeléctricos caseros, cuya potencia es comparable a la de los paneles solares y los molinos de viento, pueden producir mucha más energía. Pero aunque mucho depende de los materiales, no todo acaba ahí.
Variedades de mini centrales hidroeléctricas.
Hay una gran cantidad de variaciones diferentes de mini centrales hidroeléctricas, cada una de las cuales tiene sus propias ventajas, características y desventajas. Existen los siguientes tipos de estos dispositivos:
- guirnalda;
- hélice;
- rotor Daria;
- rueda de agua con palas.
La central hidroeléctrica guirnalda consta de un cable en el que se fijan los rotores. Tal cable se tira a través del río y se sumerge en agua. El flujo de agua en el río comienza a girar los rotores, que a su vez giran el cable, en un extremo del cual hay un cojinete y en el otro, un generador.
El siguiente tipo es una rueda de agua con cuchillas. Se instala perpendicular a la superficie del agua, sumergiendo menos de la mitad. Como el flujo de agua actúa sobre la rueda, ésta gira, y hace girar el generador de la minicentral hidroeléctrica, sobre el que está fijada esta rueda.
Rueda de agua clásica - vieja bien olvidada En cuanto a la central hidroeléctrica de hélice, se trata de un molino de viento situado bajo el agua con rotor vertical. El ancho no supera los 2 centímetros. Este ancho es suficiente para el agua, porque es este valor el que le permite producir la máxima cantidad de electricidad con la mínima resistencia. Es cierto que este ancho es óptimo solo para caudales de hasta 2 metros por segundo.
En cuanto a otras condiciones, los parámetros de las palas del rotor se calculan por separado. Y el rotor Darrieus es un rotor colocado verticalmente, que funciona según el principio de presión diferencial. Todo sucede de manera similar con el ala del avión, que se ve afectada por la fuerza de sustentación.
Ventajas y desventajas
Si consideramos la central hidroeléctrica Garland, entonces tiene una serie de deficiencias obvias. En primer lugar, el largo cable utilizado en la construcción es un peligro para los demás. Los rotores ocultos bajo el agua también representan un gran peligro. Bueno, además, vale la pena señalar la baja eficiencia y el alto consumo de material.
En cuanto a las desventajas del rotor Darier, para que el dispositivo comience a generar electricidad, primero debe desenroscarse. Es cierto que en este caso, la energía se toma directamente sobre el agua, por lo que no importa cómo cambie el flujo de agua, el generador generará electricidad.
Todos los anteriores son factores que hacen que la turbina hidráulica para centrales minihidráulicas y ruedas hidráulicas sea más popular. Si consideramos la construcción manual de tales dispositivos, entonces no son tan complicados. Y además, a un costo mínimo, tales minicentrales hidroeléctricas pueden producir indicadores de máxima eficiencia. Así que los criterios de popularidad son obvios.
Dónde empezar a construir
La construcción de una mini central hidroeléctrica con sus propias manos debe comenzar midiendo los indicadores de velocidad del flujo de los ríos. Esto se hace de manera muy sencilla: basta con marcar una distancia de 10 metros río arriba, coger un cronómetro, tirar una ficha al agua y anotar el tiempo que tarda en recorrer la distancia medida.
En última instancia, si 10 metros se dividen por la cantidad de segundos transcurridos, se obtiene la velocidad del río en metros por segundo. Hay que tener en cuenta que no tiene sentido construir minicentrales hidroeléctricas en lugares donde la velocidad del flujo no supere 1 m/s.
Si el depósito está lejos, puede construir un canal de derivación Si necesita descubrir cómo se hacen las mini centrales hidroeléctricas en un área donde la velocidad del río es baja, puede intentar aumentar el flujo organizando una diferencia de altura. Esto se puede hacer instalando una tubería de drenaje en el estanque. En este caso, el diámetro de la tubería afectará directamente la tasa de flujo de agua. Cuanto menor sea el diámetro, más rápido será el flujo.
Este enfoque le permite organizar una mini central hidroeléctrica incluso si un pequeño arroyo pasa cerca de la casa. Es decir, sobre ella se organiza una presa desmontable, debajo de la cual se instala directamente una minicentral hidroeléctrica para alimentar la casa y los electrodomésticos.
Si hay un estanque con una represa o un arroyo cerca de la casa, puede ser una excelente fuente de energía adicional gratuita. El artículo considerará un ejemplo de cómo puede hacer una central hidroeléctrica basada en una rueda hidráulica con sus propias manos. Una central eléctrica hecha de esta manera es capaz de entregar corriente hasta 6 A, cuando se instaló en un pequeño arroyo, la instalación mostró un resultado de 2 A. Esto es suficiente para encender el receptor y un par de bombillas. La potencia depende de la fuerza con la que se hace fluir el agua.
Materiales y herramientas:
- esquinas y cortes de chapa;
- discos para crear una rueda (utilizados de la carcasa del generador Onan, que falló);
- generador (fue fabricado con dos discos de freno Dodge de 28 cm cada uno);
- el eje y los cojinetes también se tomaron de Dodge;
- alambre de cobre con una sección transversal de unos 15 mm;
- Imanes de neodimio;
- madera contrachapada;
- resina de poliestireno (necesaria para llenar el estator y el rotor).
Proceso de manufactura:
Paso uno. hacer una rueda
Para crear una rueda, necesitas dos discos de acero. En este caso, su diámetro es de 28 cm (11 pulgadas). El disco debe estar marcado para que quede claro dónde instalar las cuchillas. Para la fabricación de las palas se toma un tubo de 4 pulgadas de diámetro y se corta longitudinalmente en 4 partes. En total, la rueda tiene 16 palas. Para fijar los discos, se juntan con cuatro pernos. Luego puede colocar las cuchillas en las posiciones deseadas. Están soldados. El espacio entre los discos es de 10 pulgadas, es decir, la longitud de la rueda es de 10 pulgadas.
En esta etapa, el montaje de la central hidroeléctrica ha terminado, la rueda está lista, ahora necesita hacer una boquilla y un generador. En un lado del disco hay un orificio para montar cómodamente la rueda en el generador.
Segundo paso. haciendo una boquilla
La boquilla es necesaria para dirigir el agua a la rueda. Su ancho es de 10 pulgadas, al igual que el ancho de la rueda. La boquilla está hecha de una sola pieza de metal por flexión. A continuación, la estructura se suelda mediante soldadura.
Ahora puede instalar la rueda en el eje y la parte mecánica del HPP está casi lista. Queda por montar e instalar el generador.
La boquilla se hace ajustable en altura, esto le permite controlar el flujo de agua según la situación.
Paso tres. Montaje del generador
El proceso de creación de un generador consta de varios pasos. Primero necesitas hacer un devanado, consta de 9 bobinas. Cada bobina tiene 125 vueltas. El diámetro del alambre de cobre es de 1,5 mm. Cada fase está formada por tres bobinas conectadas en serie. Se muestran un total de 6 extremos, esto hará que la conexión sea tanto una estrella como un triángulo.
En conclusión, se rellenan las bobinas con resina de polietileno y sale el estator terminado. Su diámetro es de 14 pulgadas y su espesor es de 0,5 pulgadas.
Para ensamblar el generador, se necesita madera contrachapada, se hace una plantilla a partir de ella. Además, según esta plantilla, se instalan 12 imanes con unas dimensiones de 2,5 x 5 cm y un espesor de 1,3 cm.Finalmente, el rotor también se rellena con resina de polietileno. Eso es todo, después del secado, el generador está listo.
Debajo de la cubierta de aluminio hay rectificadores que convierten la corriente alterna trifásica en corriente continua. La escala del amperímetro tiene un rango de hasta 6 A. Con el espacio más pequeño entre los imanes, el dispositivo produce 12 voltios a 38 rpm.
Hay dos tornillos de ajuste en la parte posterior del alternador que le permiten ajustar el espacio de aire. Así, es posible seleccionar los parámetros más aceptables para el funcionamiento del generador.
Paso cuatro. La etapa final de montaje e instalación del generador.
Todos los sujetadores, así como la rueda hidráulica, deben pintarse. En primer lugar, de esta manera el dispositivo se verá más hermoso. Y en segundo lugar, la pintura protegerá el metal del óxido, que aparecerá rápidamente cerca de la fuente de agua. Sería bueno equipar el generador con un ala protectora que desvíe las salpicaduras, pero el autor no encontró un material adecuado.
En la foto se puede ver el lugar donde se instalará el generador. Esta es una tubería de la que fluye el agua de la presa. La caída es de unos 3 pies. La rueda tomará solo una cierta parte de todo el flujo de agua. En la práctica, la posición donde el agua entra en un ángulo de 10 en punto y sale en un ángulo de 5 en punto ha mostrado los mejores resultados. Entonces se alcanza la potencia máxima.
Siempre me ha atraído obtener energía gratuita de los recursos naturales. Y de alguna manera tuve la idea de hacer una mini planta de energía simple que generaría electricidad a partir de una corriente de agua que pasa.
Todo comenzó con la idea de utilizar el tambor de una vieja lavadora como rueda hidráulica, una central hidroeléctrica casera en miniatura.
Las cuchillas rectas hechas de madera contrachapada resistente a la humedad se unieron al tambor con esquinas de metal.
El par de la rueda hidráulica se transmite mediante una correa a una dínamo de bicicleta (generador de CC). La electricidad generada se alimenta al LED. Basta con girar ligeramente la rueda con la mano y el LED comenzará a parpadear.
La base de toda la estructura es un cuadro de bicicleta.
Dos cojinetes permiten que la rueda de agua gire libremente.
Las primeras pruebas en un río pequeño mostraron que la rueda hidráulica en el marco está demasiado alta, lo que impide que el flujo de agua la haga girar normalmente.
Después de pequeños cambios en el diseño del marco, la rueda comenzó a ubicarse más abajo y la velocidad de rotación aumentó drásticamente. Como resultado, la dinamo comenzó a girar y el LED de 4,5 V se iluminó.
Así quedó una central hidroeléctrica casera de la basura vieja.
Además, el montaje de la mini central hidroeléctrica se instaló en un pequeño arroyo.
Produce solo unos pocos voltios, pero son suficientes para encender el LED.
Fue un buen experimento para empezar.
Mejora adicional en el proyecto.
La mejora adicional de la rueda hidráulica debería afectar:- Construya una mini presa para aumentar la presión del agua. Al mismo tiempo, no está previsto bloquear completamente el río para que los peces puedan salir en la segunda corriente.
- Debajo de la presa, instale una tubería a través de la cual el agua fluirá hacia una turbina improvisada. Coloque una carcasa de una cinta transportadora de goma en la tubería. Al bloquear el flujo de agua a través de la tubería, puede reparar los mecanismos.
- Según los cálculos, la turbina producirá aproximadamente el doble de potencia que la rueda hidráulica. Además, la sustitución de la rueda hidráulica por una turbina debería eliminar el problema de las heladas en invierno.
- El flujo de agua hará girar la turbina, transfiriendo torque al generador. La turbina se sujetará sobre dos cojinetes de madera maciza. Con lubricación regular, durarán mucho tiempo. La arandela de empuje evitará que el mecanismo se desplace lateralmente.
- Haga cuchillas de metal, calculando el ángulo en el que deben doblarse (la potencia de la central hidroeléctrica depende de este parámetro). Será necesario atornillar las palas con juntas de goma para evitar su separación.
- Para transmitir torque, use un eje ensamblado a partir de tuberías.
- Instalar generador. Instale una polea más pequeña que la montada en el eje del generador. Esto aumentará la velocidad, que es necesaria para el funcionamiento eficiente del generador.
Es en este lugar donde intentaremos hacer nuestra nueva central hidroeléctrica. Anteriormente, ya se hicieron intentos en este estanque para crear una central hidroeléctrica casera desde una rueda de ardilla con transmisión por correa hasta un generador (por cierto, se muestra en la foto al final del artículo), lo que dio una corriente de aproximadamente 1 amperio, esto fue suficiente para encender varias bombillas y una radio en nuestro pequeño pabellón de caza. Esta central eléctrica ha estado funcionando con éxito durante más de 2 años, y decidimos crear una versión más poderosa de una versión similar de una central hidroeléctrica en el sitio de esta mini represa.
Para la fabricación de una central hidroeléctrica de mini presa, necesitará:
Residuos y esquinas de chapa;
- Discos para la rueda (utilizados del cuerpo del generador Onan averiado);
- Generador (fue hecho de dos discos con un diámetro de 11 pulgadas de frenos de disco Dodge);
- El eje de transmisión y los cojinetes también parecen ser de Dodge, no recordamos exactamente, así que los sacamos con nuestras propias manos de algún otro producto casero;
- alambre de cobre con una sección transversal de aproximadamente 15 mm;
- algo de madera contrachapada;
- imanes;
- resina de poliestireno para el llenado del rotor y estator.
Proceso de manufactura
Hacemos las cuchillas de la rueda motriz a partir de un tubo de acero de 4 pulgadas cortado en 4 partes.
Hicimos una plantilla que ayudó a diseñar el agujero.Las superficies laterales de la rueda son llantas de 12 pulgadas.
Hacemos una plantilla con la que marcamos los agujeros para los cubos (5 piezas), así como la posición del ángulo de las palas. En una rueda de este tipo, cuando se ve desde un lado, el agua llega a la parte superior aproximadamente a las 10 en punto, pasa por el centro de la rueda y sale por la parte inferior a las 5 en punto, de modo que el agua golpea la rueda dos veces. . Revisamos una gran cantidad de fotografías e intentamos modelar el ancho y el ángulo de las palas. En la foto de arriba: marcas para los bordes de las cuchillas y orificios para unir la rueda al generador. La rueda tiene 16 palas.
La plantilla se pegó a uno de los discos: la futura superficie lateral de la rueda, sujetamos ambos discos. En la foto de arriba, perfora pequeños agujeros para colocar las cuchillas.
Hacemos un espacio entre los discos de 10 pulgadas, utilizando espárragos con rosca sólida, y los alineamos con el mayor cuidado posible antes de instalar las cuchillas.
El proceso de soldadura de ruedas se muestra en la foto de arriba. Es muy importante que las palas sean de tubo de acero galvanizado. Antes de soldar, es necesario decapar el zinc de los bordes de las palas, ya que el metal galvanizado emite gases tóxicos durante la soldadura, que tratamos de evitar.
La rueda terminada de nuestra futura central hidroeléctrica, sin generador. En el otro lado de la rueda (frente al alternador) hay un orificio de 4" de diámetro en el disco lateral para atornillar fácilmente al alternador y también para limpiar, para meter la mano y quitar los palos y otros desechos que el agua puede traer al interior. .
La boquilla tiene el mismo ancho (10 pulgadas) que la rueda y aproximadamente 1 pulgada de alto desde el extremo por donde sale el agua. El área de la boquilla es ligeramente más pequeña que el tubo de 4 pulgadas en el que está montada la boquilla. En la foto de arriba, doblamos una lámina de metal con nuestras propias manos para una boquilla.
Ponemos la rueda en el eje, nuestra central hidroeléctrica está casi lista, solo queda hacer e instalar el generador. Toda la estructura es móvil. Podemos mover la boquilla hacia adelante, hacia atrás, arriba, abajo. La rueda y el generador pueden moverse hacia adelante y hacia atrás.
Fabricación de un generador para nuestra central hidroeléctrica.>
Hacemos el devanado del estator y nos preparamos para verter. El devanado consta de 9 bobinas, cada bobina consta de 125 vueltas de alambre de cobre con una sección transversal de 1,5 mm. Cada fase consta de 3 bobinas conectadas en serie, sacamos 6 extremos, por lo que podemos hacer la conexión en estrella o en triángulo.
Y este es el estator, después de verter. (Usamos resina de poliéster para rellenarlo) Su diámetro es de 14 pulgadas (35,5 cm), espesor de 0,5 pulgadas 1,3 cm.
Hacemos una plantilla de madera contrachapada, para marcar debajo de imanes.
En la foto, una plantilla y uno de los discos de freno (futuro rotor).
Disponemos 12 imanes de 2,5 x 5 cm de tamaño, 1,3 cm de grosor, según la plantilla preparada.
Rellenamos el rotor con resina de poliéster, y cuando la resina se seque, el rotor estará listo para trabajar.
Así luce nuestra central hidroeléctrica con generador casi terminada.
Foto desde el otro lado. Debajo de la cubierta de aluminio hay dos puentes rectificadores de corriente alterna trifásica a corriente continua. Escala de amperímetro - hasta 6A. En este estado, con el entrehierro entre los rotores magnéticos reducido al límite, la máquina entrega 12,5 voltios a 38 rpm.
En el rotor magnético trasero, hay 3 tornillos de ajuste para ajustar el espacio de aire para que el generador pueda girar más rápido según sea necesario, con la esperanza de encontrar el óptimo.
En el tiempo libre, 17 personas participaron en la creación de la central hidroeléctrica.
Comenzamos a fabricar sujetadores, para esto primero limpiamos todo el óxido de la chapa y las esquinas, imprimamos y pintamos, esto por supuesto no es necesario, pero es más hermoso y tendrá una apariencia comercial.
Nuestro generador de rueda de agua está listo, ¡solo queda instalarlo!
Sería bueno construir una pantalla de inicio para el generador que giraría con la rueda, pero nunca encontramos un material adecuado. Por lo tanto, decidimos hacerlo más tarde, si la central hidroeléctrica funciona.
Otra foto del generador con rueda hidráulica. La boquilla aún no se ha instalado, está en la parte trasera del cuerpo y la pondremos pronto.
En la foto, el lugar donde queremos ponerlo. Una tubería de 4" sale del fondo de la presa, una caída de unos 3 pies. Tomamos solo una pequeña parte del flujo de agua.
Esta es nuestra antigua microcentral hidroeléctrica, que ha funcionado durante 2 años, incluidos los inviernos. Fue suficiente para 1 amperio (12 vatios) más o menos. Esta es una rueda de ardilla, con transmisión por correa al motor desde un transmisor de computadora Ametek. La tensión de la correa es crítica para una operación exitosa y debe ajustarse con frecuencia. Esperamos haber construido algo mejor que esto.
Aquí está nuestro HPP en su lugar, lo estamos configurando. Finalmente, llegamos a los parámetros teóricamente predichos: el mejor resultado se obtiene cuando el agua entra a las 10 en punto en el borde y sale alrededor de las 5 en punto.
¡Ganado! La salida es de unos 2 amperios (1,9 para ser exactos). No se puede aumentar la corriente. Los ajustes no son fáciles de hacer: cada movimiento de la rueda requiere un movimiento correspondiente de la boquilla y viceversa. También podemos cambiar el entrehierro y cambiar la conexión de estrella a triángulo. El resultado es claramente mejor con una estrella: la potencia es mayor que la de un triángulo a la misma velocidad. Terminamos con una estrella de 1,25" (bastante).
La máquina se puede abaratar un poco usando imanes menos potentes y un espacio de aire más pequeño... o puede producir más corriente con los mismos imanes, un espacio más pequeño y bobinas con más vueltas. Algún día lo conseguiremos. Mientras tanto, la rueda produce 160 rpm en ralentí, 110 rpm bajo carga, produciendo 1,9 A x 12 V.
Disfrutamos del mar, fue muy divertido y la minicentral hidroeléctrica funciona bien. Todavía necesitamos una pantalla para el generador: ¡el río está lleno de arena negra! Cada pocas horas es necesario limpiar los rotores magnéticos de la acumulación de arena. Es necesario colocar una pantalla o colocar un par de imanes potentes en la entrada de la tubería.
Basado en materiales del sitio: Otherpower.com
