Usina hidrelétrica faça você mesmo: como construir uma miniusina hidrelétrica autônoma

A força do fluxo da água é um recurso natural renovável que permite obter eletricidade praticamente gratuita.A energia doada pela natureza proporcionará uma oportunidade de economizar em utilidades e resolver o problema de recarga de equipamentos.

Se houver um riacho ou rio passando perto de sua casa, vale a pena aproveitar. Eles poderão fornecer eletricidade ao local e à casa. E se você construir uma usina hidrelétrica com as próprias mãos, o efeito econômico aumenta significativamente.

O artigo apresentado descreve detalhadamente as tecnologias de fabricação de estruturas hidráulicas privadas. Conversamos sobre o que é necessário para configurar o sistema e conectá-lo aos consumidores. Aqui você conhecerá todas as opções de fornecedores de energia em miniatura montados a partir de sucata.

Usinas hidrelétricas para fins não industriais

As usinas hidrelétricas são estruturas que podem converter a energia do movimento da água em eletricidade. Fornecedores alternativos de energia verde até agora eles são explorados ativamente apenas no Ocidente. Em nosso país, esta indústria promissora está apenas dando os primeiros e tímidos passos.

Pequenas usinas hidrelétricas privadas podem ser barragens em grandes rios, gerando de dez a várias centenas de megawatts, ou mini-hidrelétricas com potência máxima de 100 kW, o que é suficiente para as necessidades de uma residência particular. Vamos descobrir mais sobre este último.

Estação Garland com parafusos hidráulicos

A estrutura consiste em uma cadeia de rotores presos a um cabo de aço flexível esticado ao longo do rio. O próprio cabo desempenha o papel de eixo de rotação, cuja extremidade é fixada no mancal de suporte e a outra aciona o eixo do gerador.

Cada rotor hidráulico da “guirlanda” é capaz de gerar cerca de 2 kW de energia, porém, a velocidade do fluxo de água para isso deve ser de no mínimo 2,5 metros por segundo, e a profundidade do reservatório não deve ultrapassar 1,5 m.

O princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica guirlanda é simples: a pressão da água gira os parafusos hidráulicos, que giram o cabo e forçam o gerador a produzir energia

As estações Garland foram usadas com sucesso em meados do século passado, mas o papel das hélices foi então desempenhado por hélices caseiras e até por latas. Hoje, os fabricantes oferecem diversos tipos de rotores para diversas condições de operação.

Estão equipados com lâminas de diversos tamanhos, fabricadas em chapa, e permitem obter a máxima eficiência no funcionamento da estação.

Mas embora este hidrogerador seja bastante simples de fabricar, o seu funcionamento requer uma série de condições especiais que nem sempre são viáveis ​​​​na vida real. Tais estruturas bloqueiam o leito do rio, e é improvável que seus vizinhos ao longo da margem, sem falar nos representantes dos serviços ambientais, permitam que você use a energia do riacho para seus propósitos.

Além disso, no inverno, a instalação só pode ser utilizada em reservatórios sem congelamento, e em climas adversos pode ser preservada ou desmontada. Portanto, estações de guirlandas são erguidas temporariamente e principalmente em áreas desertas (por exemplo, perto de pastagens de verão).

Estações rotativas com capacidade de 1 a 15 kW/hora geram até 9,3 MW por mês e permitem resolver de forma independente o problema de eletrificação em regiões distantes de rodovias centralizadas

Um análogo moderno de uma instalação de guirlanda são estações de estrutura submersíveis ou flutuantes com rotores transversais. Ao contrário do seu antecessor guirlanda, estas estruturas não bloqueiam todo o rio, mas utilizam apenas parte do leito do rio, podendo ser instaladas num pontão/jangada ou mesmo baixadas até ao fundo da albufeira.

Rotor vertical Daria

O rotor Darrieus é um dispositivo de turbina que recebeu o nome de seu inventor em 1931. O sistema consiste em diversas pás aerodinâmicas fixadas em vigas radiais e opera por pressão diferencial utilizando o princípio de “asa de elevação”, amplamente utilizado na construção naval e na aviação.

Embora essas instalações sejam usadas principalmente para criar geradores eólicos, elas também podem funcionar com água. Mas, neste caso, são necessários cálculos precisos para selecionar a espessura e largura das lâminas de acordo com a força do fluxo de água.

O rotor Daria se assemelha a um “moinho de vento”, instalado apenas debaixo d'água, e pode operar independentemente das flutuações sazonais na velocidade do fluxo

Rotores verticais raramente são usados ​​para criar usinas hidrelétricas locais. Apesar dos bons indicadores de eficiência e da aparente simplicidade do design, o equipamento é bastante complexo de operar.

Antes de iniciar o trabalho, o sistema precisa ser “acionado”, mas somente o congelamento do reservatório pode parar o funcionamento da estação. Portanto, o rotor Darrieus é utilizado principalmente em empresas industriais.

Uma solução interessante na área de projeto de pequenas centrais hidrelétricas com turbina de operação vertical foi proposta pelo inventor austríaco Franz Zotleter:

Uma vantagem significativa das estações de hidromassagem é, com razão, considerada a preservação dos recursos pesqueiros. O funcionamento 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 de parafuso subaquática

Na verdade, este é o moinho de ar mais simples, só que é instalado debaixo d'água. As dimensões das pás, para garantir velocidade máxima de rotação e resistência mínima, são calculadas em função da força do fluxo.Por exemplo, se a velocidade da corrente não exceder 2 m/s, a largura da lâmina deverá estar entre 2-3 cm.

Uma hélice subaquática é fácil de fazer com suas próprias mãos, mas só é adequada para rios profundos e rápidos - em um corpo d'água raso, as pás giratórias podem causar ferimentos em pescadores, nadadores, aves aquáticas e animais

Tal moinho de vento é instalado “em direção” ao fluxo, mas suas pás operam não devido à pressão da água, mas devido à geração de força de sustentação (no princípio de uma asa de avião ou de uma hélice de navio).

Roda d'água com lâminas

A roda d'água é uma das versões mais simples de um motor hidráulico, conhecida desde os tempos do Império Romano. A eficiência do seu funcionamento depende em grande parte do tipo de fonte em que está instalado.

A roda de vazamento só pode girar devido à velocidade do fluxo, e a roda de enchimento só pode girar com a ajuda da pressão e do peso da água que cai de cima sobre as lâminas

Dependendo da profundidade e do leito do curso de água, podem ser instalados diferentes tipos de rodas:

• Molho (ou fundo) – adequado para rios rasos com correntes rápidas.
• De médio alcance – estão localizados em canais com cascatas naturais de modo que o fluxo caia aproximadamente no meio do tambor giratório.
• Líquido (ou aéreo) – são instalados sob uma barragem, tubulação ou no fundo de uma corredeira natural para que a água que cai continue seu caminho por cima da roda.

Mas o princípio de funcionamento de todas as opções é o mesmo: a água cai sobre as pás e aciona uma roda, o que faz girar o gerador da minicentral.

Os fabricantes de equipamentos hidráulicos oferecem turbinas prontas, cujas pás são especialmente adaptadas a uma determinada velocidade do fluxo de água.Mas os artesãos caseiros fazem estruturas de tambor à moda antiga - a partir de materiais improvisados.

A seleção de fotos a seguir o ajudará a conhecer as etapas de construção da versão mais simples de uma mini central hidrelétrica:

Talvez a falta de otimização afete os indicadores de eficiência, mas o custo de um equipamento caseiro será várias vezes mais barato que um análogo adquirido. Portanto, uma roda d'água é a opção mais popular para organizar sua própria minicentral hidrelétrica.

Condições para instalação de central hidroeléctrica

Apesar do tentador baixo custo da energia gerada por um hidrogerador, é importante levar em consideração as características da fonte de água cujos recursos você pretende utilizar para suas próprias necessidades.

Afinal, nem todo curso de água é adequado para o funcionamento de uma mini-hídrica, principalmente durante todo o ano, por isso não custa nada ter em reserva a possibilidade de ligação a uma linha principal centralizada.

Alguns prós e contras

As principais vantagens de uma usina hidrelétrica individual são óbvias: equipamentos baratos que geram eletricidade barata e também não agridem a natureza (ao contrário das barragens que bloqueiam o fluxo de um 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 mesmo às pessoas.

Para evitar acidentes, a hidrelétrica deve ser cercada e, caso o sistema fique totalmente oculto pela água, deve ser instalada uma sinalização de alerta na orla

Vantagens das minicentrais hidrelétricas:

1. Ao contrário de outras fontes de energia “gratuitas” (painéis solares, geradores eólicos), os sistemas hidráulicos podem funcionar independentemente da hora do dia e do clima. A única coisa que pode detê-los é o congelamento do reservatório.
2. Para instalar um hidrogerador, não é necessário ter um rio grande - as mesmas rodas d'água podem ser utilizadas com sucesso mesmo em riachos pequenos (mas rápidos!).
3. As unidades não emitem substâncias nocivas, não poluem a água e funcionam quase silenciosamente.
4. Para instalar uma mini-hídrica com capacidade até 100 kW não é necessária a obtenção de licenças (embora tudo dependa das autoridades locais e do tipo de instalação).
5. O excesso de eletricidade pode ser vendido para casas vizinhas.

Quanto às desvantagens, a intensidade atual insuficiente pode se tornar um sério obstáculo à operação produtiva do equipamento. Neste caso, será necessária a construção de estruturas auxiliares, o que acarreta custos adicionais.

Se a energia potencial de um rio próximo, com base em cálculo aproximado, não for suficiente para gerar energia elétrica em volume suficiente para uso prático, vale atentar para métodos de construção de geradores eólicos. Um moinho de vento servirá como um complemento eficaz.

Medindo a força 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 sua fonte preferida.

A maneira mais fácil é abaixar qualquer objeto leve (por exemplo, uma bola de tênis, um pedaço de espuma de plástico ou uma bóia de pesca) nas corredeiras e usar um cronômetro para medir o tempo que leva para nadar a distância até algum ponto de referência. . A distância padrão para “natação” é de 10 metros.

Se o reservatório estiver localizado longe de casa, pode-se construir um canal de desvio ou tubulação e ao mesmo tempo cuidar das diferenças de altura

Agora você precisa dividir a distância percorrida em metros pelo número de segundos - esta será a velocidade da corrente.Mas se o valor resultante for inferior a 1 m/s, será necessária a construção de estruturas artificiais para acelerar o fluxo devido às mudanças de altitude.

Isso pode ser feito usando uma barragem desmontável ou um tubo de drenagem estreito. Mas sem uma boa vazão, a ideia de uma hidrelétrica terá que ser abandonada.

Produção de usina hidrelétrica baseada em roda d’água

É claro que montar e erguer um colosso projetado para servir a um empreendimento ou assentamento de até mesmo uma dúzia de casas é uma ideia do reino da ficção científica. Mas construir uma miniusina hidrelétrica com as próprias mãos para economizar eletricidade é bem possível. Além disso, você pode usar componentes prontos e materiais improvisados.

Portanto, consideraremos passo a passo a fabricação da estrutura mais simples - uma roda d'água.

Materiais e ferramentas necessários

Para fazer uma miniusina hidrelétrica com as próprias mãos, é necessário preparar uma máquina de solda, uma rebarbadora, uma furadeira e um conjunto de ferramentas auxiliares - um martelo, uma chave de fenda, uma régua.

Materiais que você precisará:

• Cantos e chapas com espessura mínima de 5 mm.
• Tubos de PVC ou aço galvanizado para confecção de lâminas.
• Gerador (você pode usar um já pronto ou fazer você mesmo, como neste exemplo).
• Discos de freio.
• Eixo e rolamentos.
• Madeira compensada.
• Resina de poliestireno para fundição do rotor e estator.
• Fio de cobre de 15 mm para gerador caseiro.
• Ímãs de neodímio.

Observe que a estrutura da roda estará constantemente em contato com a água, portanto os elementos de metal e madeira devem ser selecionados protegidos da umidade (ou você mesmo deve cuidar da impregnação e pintura). Idealmente, o compensado pode ser substituído por plástico, mas as peças de madeira são mais fáceis de obter e moldar no formato desejado.

Montagem de rodas e fabricação de bicos

A base da roda em si pode ser dois discos de aço do mesmo diâmetro (se for possível tirar o tambor de aço do cabo - ótimo, isso vai agilizar bastante o processo de montagem).

Mas se o metal não for encontrado nos materiais disponíveis, você pode cortar círculos de compensado à prova d'água, embora a resistência e a vida útil mesmo da madeira tratada não possam ser comparadas com o aço. Depois é necessário fazer um furo redondo em um dos discos para instalação do gerador.

Depois disso, são feitas as lâminas, sendo necessárias pelo menos 16 peças. Para isso, os tubos galvanizados são cortados longitudinalmente em duas ou quatro partes (dependendo do diâmetro). Em seguida, as áreas de corte e a superfície das próprias lâminas devem ser polidas para reduzir a perda de energia devido ao atrito.

As lâminas são instaladas em um ângulo de aproximadamente 40-45 graus - isso ajudará a aumentar a área de superfície que será afetada pela força do fluxo

A distância entre os dois discos laterais deve ser a mais próxima possível do comprimento das lâminas. Para marcar a localização dos futuros cubos, recomenda-se fazer um gabarito em compensado, que marcará a localização de cada peça e o furo para fixação da roda no gerador. As marcações finalizadas podem ser fixadas na parte externa de um dos discos.

Os círculos são então instalados paralelamente entre si por meio de hastes roscadas sólidas, e as lâminas são soldadas ou aparafusadas nas posições desejadas. O tambor girará sobre rolamentos e uma estrutura feita de cantoneiras ou tubos de pequeno diâmetro será usada como suporte.

Nesta fase, a montagem do tambor pode ser considerada completa, resta equipá-lo com um gerador caseiro e um bico que direciona o fluxo de água

O bico foi projetado para fontes de água do tipo cascata - tal instalação permitirá que você use ao máximo a energia do fluxo. Este elemento auxiliar é feito dobrando a chapa, seguida da soldagem das costuras e depois montado em um tubo.

Porém, se a sua região possui um rio plano, sem corredeiras ou outros obstáculos de grande altitude, esse detalhe não é necessário.

É importante que a largura da saída do bico corresponda à largura da própria roda, caso contrário parte do fluxo ficará “ocioso” e não atingirá as pás

Agora a roda precisa ser montada no eixo e montada em um suporte feito de cantos soldados ou aparafusados. Só falta fazer um gerador (ou instalar um já pronto) e você pode ir até o rio.

Gerador faça você mesmo

Para fazer um gerador caseiro, é necessário enrolar e encher o estator, para o qual serão necessárias bobinas com 125 voltas de fio de cobre cada. Após conectá-los, toda a estrutura é preenchida com resina de poliéster.

Cada fase é composta por três meadas fixadas em série, de modo que a conexão pode ser feita em forma de estrela ou triângulo com vários condutores externos

Agora você precisa preparar um modelo de compensado que corresponda ao tamanho do disco de freio.

No anel de madeira são feitas marcações e ranhuras para instalação dos ímãs (neste caso foram utilizados ímãs de neodímio com 1,3 cm de espessura, 2,5 cm de largura e 5 cm de comprimento). Em seguida, o rotor resultante também é preenchido com resina e, após a secagem, é fixado ao tambor da roda.

Roda d'água com rotor feito de discos de freio e gerador feito de bobinas de fio de cobre - pintada, apresentável e pronta para uso

A última coisa a instalar é uma caixa de alumínio com um amperímetro cobrindo os retificadores. A tarefa desses elementos é converter a corrente trifásica em corrente contínua.

Após instalar a roda na vazão de um pequeno rio com cascata ou tubulação de saída, você pode contar com uma mini central hidrelétrica com potência de 1,9A * 12V a 110 rpm

Para evitar que folhas, areia e outros detritos trazidos com o fluxo entrem na roda, é aconselhável colocar uma rede de proteção na frente do aparelho.

Você também pode experimentar os espaços entre os ímãs e as bobinas com um número maior de voltas para aumentar a eficiência da estação hidráulica.

Sobre todos os tipos fontes de energia alternativa Você descobrirá lendo o artigo dedicado à introdução de “tecnologias verdes” na vida cotidiana.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo nº 1. Um exemplo de instalação hidráulica funcional com gerador caseiro baseado em motor trifásico:

Vídeo nº 2. Central hidrelétrica mini, projetada segundo o princípio de uma roda d'água:

Vídeo nº 3. Uma estação baseada em uma roda de bicicleta é uma opção interessante para resolver o problema do fornecimento de energia nas férias longe da civilização:

Como você pode ver, construir uma minicentral hidráulica com as próprias mãos não é tão difícil. Mas como a maioria dos cálculos e parâmetros de seus componentes são determinados “a olho nu”, você deve estar preparado para possíveis avarias e custos associados.

Se sentir falta de conhecimento e experiência nesta área, deverá confiar em especialistas que farão todos os cálculos necessários, recomendarão o equipamento ideal para o seu caso e o instalarão com eficiência.

Por favor, escreva comentários no bloco abaixo. Compartilhe informações interessantes e recomendações úteis, deixe fotos temáticas.Talvez você queira nos contar como construiu com suas próprias mãos uma usina hidrelétrica funcional em um terreno suburbano? Teremos o maior prazer em ler sua história sobre o processo e operação do dispositivo.