Central hidroeléctrica de bricolaje: cómo construir una minicentral hidroeléctrica autónoma

El poder del flujo de agua es un recurso natural renovable que permite obtener electricidad prácticamente gratis.La energía donada por la naturaleza permitirá ahorrar en servicios públicos y solucionar el problema de recarga de equipos.

Si hay un arroyo o río cerca de tu casa, vale la pena aprovecharlo. Podrán proporcionar electricidad al sitio y a la casa. Y si construyes una central hidroeléctrica con tus propias manos, el efecto económico aumenta significativamente.

El artículo presentado describe en detalle las tecnologías de fabricación de estructuras hidráulicas privadas. Hablamos sobre lo que se requiere para configurar el sistema y conectarlo a los consumidores. Aquí conocerá todas las opciones para proveedores de energía en miniatura ensamblados a partir de materiales de desecho.

Centrales hidroeléctricas para fines no industriales

Las centrales hidroeléctricas son estructuras que pueden convertir la energía del movimiento del agua en electricidad. Proveedores de Energía verde alternativa hasta ahora sólo se explotan activamente en Occidente. En nuestro país, esta prometedora industria apenas está dando sus tímidos primeros pasos.

Las pequeñas centrales hidroeléctricas privadas pueden ser represas en grandes ríos, que generan de diez a varios cientos de megavatios, o minicentrales hidroeléctricas con una potencia máxima de 100 kW, suficiente para las necesidades de una casa privada. Descubramos más sobre este último.

Estación de guirnalda con tornillos hidráulicos.

La estructura consta de una cadena de rotores unidos a un cable de acero flexible tendido a lo largo del río. El cable en sí desempeña el papel de un eje de rotación, un extremo del cual está fijado al cojinete de soporte y el otro activa el eje del generador.

Cada rotor hidráulico de la "guirnalda" es capaz de generar alrededor de 2 kW de energía, sin embargo, la velocidad del flujo de agua para ello 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 Garland es simple: la presión del agua hace girar los tornillos hidráulicos, que hacen girar el cable y obligan al generador a producir energía.

Las estaciones Garland se utilizaron con éxito a mediados del siglo pasado, pero el papel de las hélices lo desempeñaban entonces hélices caseras e incluso latas. Hoy en día, los fabricantes ofrecen varios tipos de rotores para diversas condiciones de funcionamiento.

Están equipadas con palas de diferentes tamaños, fabricadas en chapa, y permiten obtener la máxima eficiencia en el funcionamiento de la estación.

Pero aunque este hidrogenerador es bastante sencillo de fabricar, su funcionamiento requiere una serie de condiciones especiales que no siempre son factibles en la vida real. Tales estructuras bloquean el lecho del río y es poco probable que sus vecinos a lo largo de la orilla, sin mencionar los representantes de los servicios ambientales, le permitan utilizar la energía del arroyo para sus fines.

Además, en invierno, la instalación solo se puede utilizar en depósitos no helados y, en climas severos, se puede conservar o desmontar. Por lo tanto, las estaciones de guirnaldas se erigen de forma temporal y principalmente en zonas desiertas (por ejemplo, cerca de los pastos de verano).

Las estaciones rotativas con una capacidad de 1 a 15 kW/hora generan hasta 9,3 MW por mes y permiten resolver de forma independiente el problema de la electrificación en regiones alejadas de las carreteras centralizadas.

Un análogo moderno de una instalación de guirnaldas son las estaciones sumergibles o flotantes con rotores transversales. A diferencia de su predecesor en forma de guirnalda, estas estructuras no bloquean todo el río, sino que utilizan solo una parte del lecho del río, y pueden instalarse en un pontón/balsa o incluso descenderse hasta el fondo del embalse.

Rotor vertical Daria

El rotor Darrieus es un dispositivo de turbina que lleva el nombre de su inventor en 1931. El sistema consta de varias palas aerodinámicas fijadas sobre vigas radiales y funciona mediante presión diferencial utilizando el principio de "ala elevadora", que se utiliza ampliamente en la construcción naval y la aviación.

Aunque este tipo de instalaciones se utilizan principalmente para crear generadores eólicos, también pueden funcionar con agua. Pero en este caso, se necesitan cálculos precisos para seleccionar el grosor y el ancho de las palas de acuerdo con la fuerza del flujo de agua.

El rotor de Daria se parece a un “molino de viento”, sólo que está instalado bajo el agua y puede funcionar independientemente de las fluctuaciones estacionales en la velocidad del flujo.

Los rotores verticales rara vez se utilizan para crear centrales hidroeléctricas locales. A pesar de los buenos indicadores de eficiencia y la aparente simplicidad del diseño, el funcionamiento del equipo es bastante complicado.

Antes de comenzar a trabajar, es necesario "hacer girar" el sistema, pero sólo la congelación del depósito puede detener el funcionamiento de la estación. Por tanto, el rotor Darrieus se utiliza principalmente en empresas industriales.

El inventor austriaco Franz Zotleterer propuso una solución interesante en el campo del diseño de pequeñas centrales hidroeléctricas con turbina de funcionamiento vertical:

Se considera, con razón, que una ventaja importante de las estaciones de hidromasaje es 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 de tornillo submarina

De hecho, este es el molino de aire más simple, solo que está instalado bajo el agua. Las dimensiones de las palas, para garantizar la máxima velocidad de rotación y la mínima resistencia, se calculan en función de la fuerza del flujo.Por ejemplo, si la velocidad actual no supera los 2 m/s, entonces el ancho de la hoja debe estar entre 2 y 3 cm.

Una hélice submarina es fácil de hacer con sus propias manos, pero solo es adecuada para ríos profundos y rápidos: en una masa de agua poco profunda, las palas giratorias pueden causar lesiones a pescadores, nadadores, aves acuáticas y animales.

Un molino de viento de este tipo está instalado "hacia" la corriente, pero sus palas no funcionan debido a la presión del agua, sino a la generación de fuerza de elevación (según el principio del ala de un avión o la hélice de un barco).

Rueda hidráulica con palas

Una rueda hidráulica es una de las versiones más simples de un motor hidráulico, conocida desde la época del Imperio Romano. La eficiencia de su funcionamiento depende en gran medida del tipo de fuente sobre la que esté instalado.

La rueda de vertido puede girar solo debido a la velocidad del flujo, y la rueda de llenado puede girar solo con la ayuda de la presión y el peso del agua que cae desde arriba sobre las palas.

Dependiendo de la profundidad y lecho del curso de agua se pueden instalar diferentes tipos de ruedas:

• Salsa (o fondo) – adecuado para ríos poco profundos con corrientes rápidas.
• Rango medio – están ubicados en canales con cascadas naturales de modo que el flujo cae aproximadamente en el centro del tambor giratorio.
• Líquido (o aéreo) – se instalan debajo de una presa, tubería o en el fondo de un rápido natural para que el agua que cae continúe su camino por encima de la rueda.

Pero el principio de funcionamiento de todas las opciones es el mismo: el agua cae sobre las palas y acciona una rueda, lo que hace girar el generador de la minicentral eléctrica.

Los fabricantes de equipos hidráulicos ofrecen turbinas ya preparadas, cuyas palas están especialmente adaptadas a una determinada velocidad del flujo de agua.Pero los artesanos del hogar fabrican estructuras de tambores a la antigua usanza, a partir de materiales de desecho.

La siguiente selección de fotografías le ayudará a familiarizarse con los pasos para construir la versión más sencilla de una mini central hidroeléctrica:

Quizás la falta de optimización afecte los indicadores de eficiencia, pero el costo de un equipo casero será varias veces más barato que el de un análogo comprado. Por lo tanto, una rueda hidráulica es la opción más popular para organizar su propia minicentral hidroeléctrica.

Condiciones para la instalación de una central hidroeléctrica.

A pesar de lo tentador y barato de la energía generada por un generador hidroeléctrico, es importante tener en cuenta las características de la fuente de agua cuyos recursos planea utilizar para sus propias necesidades.

Después de todo, no todos los cursos de agua son adecuados para el funcionamiento de una minicentral hidroeléctrica, especialmente durante todo el año, por lo que no está de más tener en reserva la posibilidad de conectarse a una línea principal centralizada.

Algunos pros y contras

Las principales ventajas de una central hidroeléctrica individual son obvias: equipos económicos que generan electricidad barata y además no dañan la naturaleza (a diferencia de las represas que bloquean el flujo de un río). Aunque el sistema no puede considerarse absolutamente seguro, los elementos giratorios 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 vallada, y si el sistema queda completamente oculto por el agua, se debe instalar un cartel de advertencia en la orilla.

Ventajas de las minicentrales hidroeléctricas:

1. A diferencia de otras fuentes de energía "gratuitas" (paneles solares, generadores eólicos), los sistemas hidráulicos pueden funcionar independientemente de la hora del día y del clima. Lo único que puede detenerlos es la congelación del depósito.
2. Para instalar un hidrogenerador, no es necesario tener un río grande; las mismas ruedas hidráulicas se pueden usar con éxito incluso en arroyos pequeños (¡pero rápidos!).
3. Las unidades no emiten sustancias nocivas, no contaminan el agua y funcionan casi en silencio.
4. Para instalar una minicentral hidroeléctrica con una capacidad de hasta 100 kW no es necesario obtener permisos (aunque todo depende de las autoridades locales y del tipo de instalación).
5. El exceso de electricidad se puede vender a las casas vecinas.

En cuanto a las desventajas, una corriente insuficiente puede convertirse en un serio obstáculo para el funcionamiento productivo del equipo. En este caso, será necesario construir estructuras auxiliares, lo que conlleva costes adicionales.

Si la energía potencial de un río cercano, según un cálculo aproximado, no es suficiente para generar electricidad en un volumen suficiente para un uso práctico, vale la pena prestar atención a métodos de construcción de generadores eólicos. Un molino de viento servirá como complemento eficaz.

Medición de la fuerza del flujo de agua.

Lo primero que debe hacer para pensar en el tipo y método de instalación de la estación es medir la velocidad del flujo de agua en su fuente favorita.

La forma más sencilla es bajar cualquier objeto ligero (por ejemplo, una pelota de tenis, un trozo de espuma plástica o un flotador de pesca) a los rápidos y utilizar un cronómetro para medir el tiempo que le lleva nadar la distancia hasta algún punto de referencia. . La distancia estándar para el “nado” es de 10 metros.

Si el depósito está ubicado lejos de la casa, se puede construir un canal de desvío o tubería y al mismo tiempo cuidar los desniveles.

Ahora necesitas dividir la distancia recorrida en metros por la cantidad de segundos; esta será la velocidad de la corriente.Pero si el valor resultante es inferior a 1 m/s, será necesario erigir estructuras artificiales para acelerar el flujo debido a los cambios de elevación.

Esto se puede hacer con la ayuda de una presa plegable o un tubo de drenaje estrecho. Pero sin un buen caudal, habrá que abandonar la idea de una central hidroeléctrica.

Producción de una central hidroeléctrica basada en una rueda hidráulica

Por supuesto, ensamblar y erigir un coloso diseñado para servir a una empresa o asentamiento de incluso una docena de casas es una idea del ámbito de la ciencia ficción. Pero es muy posible construir una minicentral hidroeléctrica con sus propias manos para ahorrar electricidad. Además, puede utilizar tanto componentes prefabricados como materiales improvisados.

Por lo tanto, consideraremos paso a paso la fabricación de la estructura más simple: una rueda hidráulica.

Materiales y herramientas necesarios.

Para hacer una mini central hidroeléctrica con sus propias manos, debe preparar una máquina de soldar, una amoladora angular, un taladro y un conjunto de herramientas auxiliares: un martillo, un destornillador y una regla.

Materiales que necesitarás:

• Esquinas y chapas con un espesor mínimo de 5 mm.
• Tubos de PVC o acero galvanizado para fabricación de palas.
• Generador (puede utilizar uno ya preparado o hacerlo usted mismo, como en este ejemplo).
• Discos de freno.
• Eje y rodamientos.
• Madera contrachapada.
• Resina de poliestireno para fundición del rotor y estator.
• Hilo de cobre de 15 mm para generador casero.
• Imanes de neodimio.

Tenga en cuenta que la estructura de la rueda estará en contacto constante con el agua, por lo que los elementos de metal y madera deben seleccionarse protegidos contra la humedad (o encargarse de impregnarlos y pintarlos usted mismo). Idealmente, la madera contrachapada se puede reemplazar con plástico, pero las piezas de madera son más fáciles de obtener y darles la forma deseada.

Montaje de ruedas y fabricación de boquillas.

La base para la rueda en sí pueden ser dos discos de acero del mismo diámetro (si es posible sacar el tambor de acero del cable, genial, esto acelerará enormemente el proceso de montaje).

Pero si no se encuentra metal entre los materiales disponibles, se pueden cortar círculos de madera contrachapada impermeable, aunque la resistencia y la vida útil de la madera, incluso tratada, no se pueden 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 se necesitarán al menos 16 piezas. Para ello, se cortan tubos galvanizados a lo largo en dos o cuatro partes (según el diámetro). Luego se deben pulir las zonas de corte y la superficie de las propias cuchillas para reducir la pérdida de energía por fricción.

Las aspas se instalan en un ángulo de aproximadamente 40 a 45 grados; esto ayudará a aumentar la 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 marcar la ubicación de futuros bujes, se recomienda hacer una plantilla de madera contrachapada, en la que se marcará la ubicación de cada pieza y el orificio para fijar la rueda al generador. Las marcas terminadas se pueden colocar en el exterior de uno de los discos.

Luego, los círculos se instalan paralelos entre sí utilizando varillas roscadas sólidas y las hojas se sueldan o atornillan en las posiciones deseadas. El tambor girará sobre cojinetes y como soporte se utiliza un marco hecho de esquinas o tubos de pequeño diámetro.

En esta etapa el montaje del bidón se puede considerar completo, solo queda equiparlo con un generador casero y una boquilla que dirige el flujo de agua.

La boquilla está diseñada para fuentes de agua tipo cascada; dicha instalación permitirá aprovechar al máximo la energía del flujo. Este elemento auxiliar se fabrica doblando chapa, luego soldando las costuras y luego se monta en una tubería.

Sin embargo, si tu zona tiene un río plano sin rápidos u otros obstáculos de gran altitud, este detalle no es necesario.

Es importante que el ancho de la salida de la boquilla corresponda al ancho de la propia rueda; de lo contrario, parte del flujo quedará "inactivo" y no llegará a las palas.

Ahora es necesario montar la rueda en el eje y montarla sobre un soporte hecho de esquinas soldadas o atornilladas. Solo queda hacer un generador (o instalar uno ya hecho) y podrás ir al río.

generador de bricolaje

Para hacer un generador casero, es necesario enrollar y llenar el estator, para lo cual necesitarás bobinas con 125 vueltas de alambre de cobre en cada una. Después de conectarlos, toda la estructura se rellena con resina de poliéster.

Cada fase consta de tres ovillos unidos en serie, por lo que la conexión se puede realizar en forma de estrella o triángulo con varios cables externos.

Ahora necesita preparar una plantilla de madera contrachapada que coincida con el tamaño del disco de freno.

Se hacen marcas en el anillo de madera y se hacen ranuras para instalar imanes (en este caso se utilizaron 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 fija al tambor de la rueda.

Rueda hidráulica con rotor hecho de discos de freno y generador hecho de bobinas de alambre de cobre, pintada, presentable y lista para usar.

Lo último que hay que instalar es una carcasa de aluminio 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 el caudal de un pequeño río con cascada o tubería de salida, puede contar con el rendimiento de una minicentral hidroeléctrica de 1,9 A * 12 V a 110 rpm.

Para evitar que hojas, arena y otros desechos traídos con el flujo entren en la rueda, es aconsejable colocar una red protectora delante del dispositivo.

También puede experimentar con los espacios entre los imanes y las bobinas con un mayor número de vueltas para aumentar la eficiencia de la estación hidráulica.

Sobre todos los tipos fuentes de energía alternativas Lo descubrirás leyendo el artículo dedicado a la introducción de las “tecnologías verdes” en la vida cotidiana.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Vídeo #1. Un ejemplo de instalación hidráulica en funcionamiento con un generador casero basado en motor trifásico:

Vídeo #2. Minicentral hidroeléctrica, diseñada según el principio de una rueda hidráulica:

Vídeo #3. Una estación basada en una rueda de bicicleta es una opción interesante para solucionar el problema del suministro de energía en vacaciones lejos de la civilización:

Como puede ver, construir una minicentral hidráulica con sus propias manos no es tan difícil. Pero como la mayoría de los cálculos y parámetros de sus componentes se determinan "a simple vista", conviene estar preparado para posibles averías y costes asociados.

Si siente falta de conocimiento y experiencia en esta área, debe confiar en especialistas que realizarán todos los cálculos necesarios, recomendarán el equipo óptimo para su caso y lo instalarán de manera eficiente.

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