Central hidroelèctrica de bricolatge: com construir una minicentral hidroelèctrica autònoma

La potència del cabal d'aigua és un recurs natural renovable que permet obtenir electricitat pràcticament gratuïta.L'energia donada per la natura oferirà una oportunitat per estalviar en serveis públics i resoldre el problema de la recàrrega d'equips.

Si hi ha un rierol o un riu a prop de casa, val la pena aprofitar-lo. Podran subministrar electricitat al solar i a la casa. I si construeixes una central hidroelèctrica amb les teves pròpies mans, l'efecte econòmic augmenta considerablement.

L'article presentat descriu en detall les tecnologies de fabricació d'estructures hidràuliques privades. Hem parlat del que cal per configurar el sistema i connectar-lo als consumidors. Aquí coneixeràs totes les opcions per als proveïdors d'energia en miniatura muntats a partir de materials de ferralla.

Centrals hidroelèctriques amb finalitats no industrials

Les centrals hidroelèctriques són estructures que poden convertir l'energia del moviment de l'aigua en electricitat. Proveïdors d'energia verda alternativa fins ara només s'exploten activament a Occident. Al nostre país, aquesta prometedora indústria només fa els seus primers tímids passos.

Les petites centrals hidroelèctriques privades poden ser preses en grans rius, que generen des de deu a diversos centenars de megawatts o minicentrals hidroelèctriques amb una potència màxima de 100 kW, que és suficient per a les necessitats d'un habitatge particular. Descobrim més coses sobre aquest últim.

Estació Garland amb cargols hidràulics

L'estructura consta d'una cadena de rotors connectats a un cable d'acer flexible estirat a través del riu. El mateix cable fa el paper d'un eix de rotació, un extrem del qual es fixa al coixinet de suport i l'altre activa l'eix del generador.

Cada rotor hidràulic de la "garlanda" és capaç de generar uns 2 kW d'energia, però la velocitat del flux d'aigua per a això ha de ser d'almenys 2,5 metres per segon i la profunditat del dipòsit no ha de superar els 1,5 m.

El principi de funcionament d'una central hidroelèctrica de garland és senzill: la pressió de l'aigua fa girar els cargols hidràulics, que fan girar el cable i obliguen el generador a produir energia.

Les estacions Garland es van utilitzar amb èxit a mitjans del segle passat, però el paper de les hèlixs el van jugar llavors les hèlixs casolanes i fins i tot les llaunes de llauna. Avui dia, els fabricants ofereixen diversos tipus de rotors per a diferents condicions de funcionament.

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

Però tot i que aquest hidrogenerador és bastant senzill de fabricar, el seu funcionament requereix una sèrie de condicions especials que no sempre són factibles a la vida real. Aquestes estructures bloquegen el llit del riu i és poc probable que els vostres veïns de la riba, per no parlar dels representants dels serveis ambientals, us permetin utilitzar l'energia del rierol per als vostres propòsits.

A més, a l'hivern, la instal·lació només es pot utilitzar en embassaments no congelants, i en climes durs es pot conservar o desmuntar. Per tant, les estacions de garlands s'aixequen temporalment i principalment en zones desertes (per exemple, prop de pastures d'estiu).

Les estacions rotatives amb una capacitat d'1 a 15 kW/hora generen fins a 9,3 MW al mes i permeten resoldre de manera independent el problema de l'electrificació en regions allunyades de les carreteres centralitzades.

Un anàleg modern d'una instal·lació de garlands són les estacions de marc submergibles o flotants amb rotors transversals. A diferència del seu predecessor de garlands, aquestes estructures no bloquegen tot el riu, sinó que utilitzen només una part de la llera del riu, i es poden instal·lar en un pontó/bassa o fins i tot baixar al fons de l'embassament.

Rotor Daria vertical

El rotor Darrieus és un dispositiu de turbina que va rebre el nom del seu inventor l'any 1931. El sistema consta de diverses pales aerodinàmiques fixades a bigues radials i funciona per pressió diferencial utilitzant el principi de "ala elevadora", que s'utilitza àmpliament en la construcció naval i l'aviació.

Tot i que aquestes instal·lacions s'utilitzen principalment per crear aerogeneradors, també 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 flux d'aigua.

El rotor Daria s'assembla a un "molí de vent", només instal·lat sota l'aigua, i pot funcionar independentment de les fluctuacions estacionals de la velocitat del flux.

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

Abans de començar a treballar, el sistema s'ha de "girar", però només la congelació del dipòsit pot aturar l'estació en funcionament. Per tant, el rotor Darrieus s'utilitza principalment en empreses industrials.

L'inventor austríac Franz Zotleterer va proposar una solució interessant en el camp del disseny de petites centrals hidroelèctriques amb una turbina que funciona verticalment:

Un avantatge important de les estacions d'hidromassatge es considera, amb raó, la preservació dels recursos pesquers. El funcionament d'una turbina vertical no perjudica els organismes vius del riu. A més, el fang no s'atura a les parets de les estructures a causa del moviment específic del flux d'aigua.

Hélice de cargol submarina

De fet, aquest és el molí de vent d'aire més senzill, només que s'instal·la sota l'aigua. Les dimensions de les pales, per tal d'assegurar la màxima velocitat de gir i la mínima resistència, es calculen en funció de la força del flux.Per exemple, si la velocitat actual no supera els 2 m/s, l'amplada de la fulla hauria d'estar entre 2 i 3 cm.

Una hèlix submarina és fàcil de fer amb les vostres pròpies mans, però només és adequada per a rius profunds i ràpids: en una massa d'aigua poc profunda, les pales giratòries poden causar lesions a pescadors, nedadors, aus aquàtiques i animals.

Aquest molí de vent s'instal·la "cap a" el flux, però les seves pales no funcionen a causa de la pressió de la pressió de l'aigua, sinó a causa de la generació de força d'elevació (segons el principi de l'ala d'un avió o l'hèlix d'un vaixell).

Roda d'aigua amb pales

Una roda d'aigua és una de les versions més senzilles d'un motor hidràulic, coneguda des de l'època de l'Imperi Romà. L'eficiència del seu funcionament depèn en gran mesura del tipus de font on s'instal·li.

La roda d'abocament només pot girar a causa de la velocitat del flux, i la roda d'ompliment només pot girar amb l'ajuda de la pressió i el pes de l'aigua que cau des de dalt a les fulles.

Segons la profunditat i el llit del curs d'aigua, es poden instal·lar diferents tipus de rodes:

• salsa (o fons) – Apte per a rius poc profunds amb corrents ràpids.
• Gamma mitjana – estan situats en canals amb cascades naturals de manera que el cabal cau aproximadament al mig del tambor giratori.
• Líquid (o sobrecàrrec) – s'instal·len sota una presa, una canonada o al fons d'un ràpid natural perquè l'aigua que cau continua el seu camí per sobre de la roda.

Però el principi de funcionament de totes les opcions és el mateix: l'aigua cau sobre les fulles i acciona una roda, la qual cosa fa que el generador de la minicentral elèctrica giri.

Els fabricants d'equips hidràulics ofereixen turbines preparades, les pales de les quals estan especialment adaptades a una determinada velocitat de flux d'aigua.Però els artesans casolans fan estructures de tambors a la manera antiga: amb materials de ferralla.

La següent selecció de fotos us ajudarà a familiaritzar-vos amb els passos per construir la versió més senzilla d'una mini central hidroelèctrica:

Potser la manca d'optimització afectarà els indicadors d'eficiència, però el cost dels equips casolans serà diverses vegades més barat que un analògic comprat. Per tant, una roda hidràulica és l'opció més popular per organitzar la vostra pròpia minicentral hidroelèctrica.

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

Malgrat la temptació econòmica de l'energia generada per un hidrogenerador, és important tenir en compte les característiques de la font d'aigua els recursos de la qual penseu utilitzar per a les vostres pròpies necessitats.

Al cap i a la fi, no tots els cursos d'aigua són aptes per al funcionament d'una minicentral hidroelèctrica, sobretot durant tot l'any, per la qual cosa no està de més tenir en reserva la possibilitat de connectar-se a una línia principal centralitzada.

Alguns pros i contres

Els principals avantatges d'una central hidroelèctrica individual són evidents: equips econòmics que generen electricitat barata i, a més, no perjudiquen la natura (a diferència de les preses que bloquegen el flux d'un riu). Encara que el sistema no es pot dir absolutament segur, els elements giratoris de les turbines encara poden causar lesions als habitants del món submarí i fins i tot a les persones.

Per evitar accidents, la central hidroelèctrica s'ha de tancar, i si el sistema està totalment amagat per l'aigua, s'ha d'instal·lar un senyal d'advertència a la vora.

Avantatges de les minicentrals hidroelèctriques:

1. A diferència d'altres fonts d'energia "gratuïtes" (panells solars, aerogeneradors), els sistemes hidràulics poden funcionar independentment de l'hora del dia i del clima. L'únic que pot aturar-los és la congelació del dipòsit.
2. Per instal·lar un hidrogenerador, no és necessari tenir un riu gran: les mateixes rodes d'aigua es poden utilitzar amb èxit fins i tot en rierols petits (però ràpids!).
3. Les unitats no emeten substàncies nocives, no contaminen l'aigua i funcionen gairebé en silenci.
4. Per instal·lar una minicentral hidroelèctrica amb una potència de fins a 100 kW, no cal obtenir 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 als desavantatges, una força de corrent insuficient pot convertir-se en un greu obstacle per al funcionament productiu de l'equip. En aquest cas, caldrà construir estructures auxiliars, la qual cosa comporta costos addicionals.

Si l'energia potencial d'un riu proper, basat en un càlcul aproximat, no és suficient per generar electricitat en un volum suficient per a un ús pràctic, val la pena parar atenció a Mètodes de construcció d'aerogeneradors. Un molí de vent servirà com a complement eficaç.

Mesura de la força del flux 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 flux d'aigua a la vostra font preferida.

La manera més senzilla és baixar qualsevol objecte lleuger (per exemple, una pilota de tennis, un tros de plàstic d'escuma o un flotador de pesca) als ràpids i utilitzar un cronòmetre per mesurar el temps que triga a nedar la distància fins a alguna fita. . La distància estàndard per a la "natació" és de 10 metres.

Si el dipòsit es troba lluny de la casa, podeu construir un canal de desviació o una canonada i, al mateix temps, tenir cura de les diferències d'alçada.

Ara heu de dividir la distància recorreguda en metres pel nombre de segons: aquesta serà la velocitat del corrent.Però si el valor resultant és inferior a 1 m/seg, caldrà aixecar estructures artificials per accelerar el flux a causa dels canvis d'elevació.

Això es pot fer amb l'ajuda d'una presa plegable o un tub de drenatge estret. Però sense un bon cabal, s'haurà d'abandonar la idea d'una central hidroelèctrica.

Producció de central hidroelèctrica a partir d'una roda hidràulica

Per descomptat, muntar i aixecar un colós dissenyat per servir una empresa o un assentament de fins i tot una dotzena de cases és una idea del regne de la ciència ficció. Però construir una minicentral hidroelèctrica amb les teves pròpies mans per estalviar electricitat és molt possible. A més, podeu utilitzar tant components ja fets com materials improvisats.

Per tant, considerarem pas a pas la fabricació de l'estructura més senzilla: una roda d'aigua.

Materials i eines necessàries

Per fer una minicentral hidroelèctrica amb les vostres pròpies mans, heu de preparar una màquina de soldar, una esmoladora angular, un trepant i un conjunt d'eines auxiliars: un martell, un tornavís, un regle.

Materials que necessitareu:

• Cantonades i xapa amb un gruix mínim de 5 mm.
• Tubs de PVC o acer galvanitzat per a la fabricació de fulles.
• Generador (podeu utilitzar un de ja fet o fer-lo vosaltres mateixos, com en aquest exemple).
• Discs de fre.
• Eix i coixinets.
• Contraxapat.
• Resina de poliestirè per a la colada del rotor i l'estator.
• Fil de coure de 15 mm per a un generador casolà.
• Imants de neodimi.

Tingueu en compte que l'estructura de la roda estarà constantment en contacte amb l'aigua, de manera que els elements metàl·lics i de fusta s'han de seleccionar amb protecció de la humitat (o tingueu cura de la impregnació i de la pintura). Idealment, la fusta contraxapada es pot substituir per plàstic, però les peces de fusta són més fàcils d'obtenir i donar-li la forma desitjada.

Muntatge de rodes i fabricació de broquets

La base de la roda en si pot ser dos discos d'acer del mateix diàmetre (si és possible obtenir el tambor d'acer del cable, genial, això accelerarà molt el procés de muntatge).

Però si no es troba metall als materials disponibles, podeu tallar cercles de fusta contraxapada impermeable, encara que la resistència i la vida útil de la fusta tractada no es poden comparar amb l'acer. A continuació, heu de tallar un forat rodó en un dels discs per instal·lar el generador.

Després d'això, es fabriquen les fulles i es necessitaran almenys 16 peces. Per fer-ho, les canonades galvanitzades es tallen longitudinalment en dues o quatre parts (segons el diàmetre). A continuació, s'han de polir les zones de tall i la superfície de les mateixes fulles per reduir la pèrdua d'energia per fricció.

Les fulles s'instal·len en un angle d'aproximadament 40-45 graus; això ajudarà a augmentar la superfície que es veurà afectada per la força del flux.

La distància entre els dos discs laterals ha de ser el més propera possible a la longitud de les fulles. Per marcar la ubicació dels futurs centres, es recomana fer una plantilla de fusta contraxapada, que marcarà la ubicació de cada part i el forat per fixar la roda al generador. Les marques acabades es poden enganxar a l'exterior d'un dels discos.

A continuació, els cercles s'instal·len paral·lels entre si mitjançant barres roscades sòlides i les fulles es solden o cargolen a les posicions desitjades. El tambor girarà sobre coixinets i s'utilitza com a suport un marc fet d'angles o canonades de petit diàmetre.

En aquesta fase, el muntatge del tambor es pot considerar acabat; només queda equipar-lo amb un generador casolà i un broquet que dirigeixi el flux d'aigua.

El broquet està dissenyat per a fonts d'aigua de tipus cascada: aquesta instal·lació us permetrà utilitzar l'energia del flux al màxim. Aquest element auxiliar es fa doblegant xapa, seguida de la soldadura de les costures, i després muntat en una canonada.

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

És important que l'amplada de la sortida del broquet correspongui a l'amplada de la pròpia roda, en cas contrari, part del flux anirà "inactiu" i no arribarà a les fulles.

Ara cal muntar la roda a l'eix i muntar-la sobre un suport fet de cantonades soldades o cargolades. Només queda fer un generador (o instal·lar-ne un de fet) i ja pots anar al riu.

Generador de bricolatge

Per fer un generador casolà, heu d'enrotllar i omplir l'estator, per a això necessitareu bobines amb 125 voltes de fil de coure cadascuna. Després de connectar-los, tota l'estructura s'omple de resina de polièster.

Cada fase consta de tres madeixes unides en sèrie, de manera que la connexió es pot fer en forma d'estrella o triangle amb diversos cables externs.

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

Es fan marques a l'anell de fusta i es fan ranures per instal·lar imants (en aquest cas s'han utilitzat imants de neodimi d'1,3 cm de gruix, 2,5 cm d'ample i 5 cm de llarg). A continuació, el rotor resultant també s'omple de resina i, després de l'assecat, s'uneix al tambor de la roda.

Roda d'aigua amb un rotor fet de discos de fre i un generador fet de bobines de filferro de coure - pintat, presentable i llest per al seu ús

L'últim que cal instal·lar és una carcassa d'alumini amb un amperímetre que cobreix els rectificadors. La tasca d'aquests elements és convertir el corrent trifàsic en corrent continu.

Després d'instal·lar la roda al cabal d'un petit riu amb una cascada o una canonada de sortida, podeu comptar amb un rendiment de minicentral hidroelèctrica d'1,9 A * 12 V a 110 rpm.

Per evitar que fulles, sorra i altres residus portats amb el flux entrin a la roda, s'aconsella col·locar una xarxa de protecció davant de l'aparell.

També podeu experimentar amb els espais entre els imants i les bobines amb un nombre augmentat de voltes per augmentar l'eficiència de l'estació hidràulica.

Sobre tots els tipus fonts d'energia alternatives Ho descobrireu llegint l'article dedicat a la introducció de les "tecnologies verdes" a la vida quotidiana.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Vídeo #1. Un exemple d'una instal·lació hidràulica que funciona amb un generador casolà basat en un motor trifàsic:

Vídeo #2. Minicentral hidroelèctrica, dissenyada segons el principi d'una roda hidràulica:

Vídeo #3. Una estació basada en una roda de bicicleta és una opció interessant per resoldre el problema del subministrament d'energia en vacances lluny de la civilització:

Com podeu veure, construir una minicentral d'aigua amb les vostres pròpies mans no és tan difícil. Però com que la majoria dels càlculs i paràmetres dels seus components es determinen "a l'ull", hauríeu d'estar preparat per a possibles avaries i costos associats.

Si sents manca de coneixements i experiència en aquest àmbit, has de confiar en especialistes que realitzaran tots els càlculs necessaris, recomanaran l'equip òptim per al teu cas i l'instal·laran de manera eficient.

Escriu comentaris al bloc següent. Comparteix informació interessant i recomanacions útils, deixa fotos temàtiques.Potser ens voleu explicar com vau construir una central hidroelèctrica en funcionament en una parcel·la suburbana amb les vostres pròpies mans? Estarem encantats de llegir la vostra història sobre el procés i el funcionament del dispositiu.