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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Una guirnalda que da corriente. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía La aparición de dachas e incluso granjas en terrenos baldíos alejados de la red eléctrica, el aumento galopante de los precios de los combustibles y la electricidad dieron vida a las viejas ideas de suministro autónomo de energía con el uso generalizado de la energía natural del sol, el viento y el agua. En particular, ha aumentado el interés por las minicentrales y microcentrales hidroeléctricas. La central hidroeléctrica de cadena tipo margarita de flujo libre (modelo de 1964) de V. Blinov sirvió como prototipo para los que se revisaron. Las plantas de energía hidroeléctrica que se discutirán son de flujo libre, con una turbina bastante original de los llamados rotores Savonius ensartados en un eje de trabajo común (quizás flexible, compuesto). No requieren presas y otras estructuras hidráulicas de gran envergadura para su instalación. Capaces de trabajar con total eficiencia incluso en aguas poco profundas, lo que, combinado con la sencillez, compacidad y fiabilidad del diseño, hacen que estas centrales hidroeléctricas sean muy prometedoras para aquellos agricultores y jardineros cuyos terrenos se encuentran cerca de pequeños cursos de agua (ríos, arroyos y zanjas).
A diferencia de las represas, las plantas hidroeléctricas de flujo libre, como se sabe, usan solo la energía cinética del agua que fluye. Para determinar el poder, hay una fórmula aquí: N=0,5*p*V3*F*n(1), donde N es la potencia en el eje de trabajo (W), p es la densidad del agua (1000 kt / m3), V - velocidad del flujo del río (m/s), F - área de la sección transversal de la parte activa (sumergida) del cuerpo de trabajo de la máquina hidráulica (m2), n - eficiencia de conversión de energía. Como se puede ver en la fórmula 1, a una velocidad del río de 1 m/s, idealmente (cuando n = 1) cae una potencia igual a solo 500 W por metro cuadrado de la parte activa de la máquina hidráulica. Este valor es claramente pequeño para uso industrial, pero es bastante suficiente para la finca subsidiaria de un agricultor o residente de verano. Además, se puede aumentar con el funcionamiento en paralelo de varias "guirnaldas hidráulicas". Y una sutileza más. La velocidad del río en sus diferentes partes es diferente. Por lo tanto, antes de iniciar la construcción de una microcentral hidroeléctrica, es necesario determinar el potencial energético de su río mediante un método sencillo descrito en el primer número de la revista de 1996. Sólo recordamos que la distancia recorrida por el flotador de medida y dividida por el tiempo de su paso corresponderá a la velocidad media del caudal en este tramo. También se debe tener en cuenta que este parámetro cambiará según la temporada. Por lo tanto, el cálculo de la estructura debe hacerse guiado por la velocidad promedio (para el período planificado de operación de la microhidro) del río. A continuación, debe determinar el tamaño de la parte activa de la máquina hidráulica y su tipo. Dado que toda la microcentral hidroeléctrica debe ser lo más simple y fácil de fabricar posible, el tipo de convertidor más adecuado es el rotor Savonius del diseño final. Cuando se trabaja con inmersión total en agua, el valor de F puede tomarse igual al producto del diámetro del rotor D y su longitud L, y n=0,5. La frecuencia de rotación f con una precisión aceptable para la práctica se determina mediante la fórmula: f=48V/3,14D (rpm) (2). Para que la central hidroeléctrica sea lo más compacta posible, la potencia especificada en el cálculo debe correlacionarse con la carga real, cuyo suministro de energía debe ser proporcionado por la microcentral hidroeléctrica (ya que, a diferencia de una turbina eólica, la corriente se suministrará continuamente a la red del consumidor aquí). Como regla general, esta electricidad se destina a la iluminación, alimentando el televisor, la radio y el refrigerador. Y solo este último está incluido en el trabajo durante el día constantemente. El resto de electrodomésticos funcionan principalmente por la noche. En base a esto, es recomendable centrarse en la potencia máxima de una "guirnalda hidráulica" del orden de 250-300 W, cubriendo el pico de carga con una batería cargada desde una microcentral hidroeléctrica. La transmisión de par desde el eje de trabajo de la planta de energía hidráulica a la polea del generador eléctrico generalmente se realiza mediante una transmisión intermedia. Sin embargo, este elemento, en sentido estricto, puede excluirse si el generador utilizado en el diseño de la microcentral hidroeléctrica tiene una velocidad de rotación de funcionamiento inferior a 750 rpm. Sin embargo, a menudo hay que abandonar la comunicación directa. Después de todo, para la gran mayoría de los generadores de producción doméstica, la velocidad de rotación operativa al comienzo de la "entrega" de energía se encuentra en el rango de 1500-3000 rpm. Esto significa que se necesita una coordinación adicional de los ejes de la planta de energía hidráulica y el generador eléctrico. Bueno, ahora que la parte teórica preliminar ha terminado, consideremos diseños específicos.Cada uno de ellos tiene sus propios méritos.
Aquí, por ejemplo, hay una microcentral hidroeléctrica de flujo libre semiestacionaria con una disposición horizontal de dos rotores Savonius de tipo transversal coaxiales, girados 90° entre sí (para facilitar el arranque automático) y rígidamente conectados. Además, las partes y componentes principales de esta central hidroeléctrica casera están hechos de madera como el material de construcción más accesible y "obediente". La micro HPP propuesta es sumergible. Es decir, su marco de soporte está ubicado a lo largo del curso de agua en el fondo y está reforzado con cables elásticos o postes (si, por ejemplo, hay pasarelas, un muelle de botes, etc. cerca). Esto se hace para evitar el arrastre de la estructura por el propio curso de agua. Por supuesto, la profundidad del río en el sitio de instalación de la microcentral hidroeléctrica debe ser menor que la altura del marco de soporte. De lo contrario, es muy difícil (si no imposible) evitar que entre agua en el generador eléctrico. Pues bien, si el lugar donde se supone que se va a colocar la microcentral hidroeléctrica tiene una profundidad de más de 1,5 m, o hay un caudal elevado y un caudal que varía mucho a lo largo del año (que, por cierto, es bastante típico de cursos de agua alimentados por nieve), entonces se recomienda que este diseño esté equipado con flotadores. Esto también facilitará su traslado cuando se instale en el río. El marco de soporte de la microcentral hidroeléctrica es un marco rectangular hecho de madera, tablas y pequeños troncos sujetos con clavos y alambre (cables). Las partes metálicas de la estructura (clavos, pernos, abrazaderas, esquinas, etc.) deberán ser, en lo posible, de acero inoxidable u otras aleaciones resistentes a la corrosión. Bueno, dado que la operación de una central eléctrica microhidroeléctrica de este tipo a menudo es posible en Rusia solo estacionalmente (debido a la congelación de la mayoría de los ríos), luego de la expiración del período de operación, toda la estructura que se saca a tierra está sujeta a una inspección exhaustiva. Cambio oportuno elementos de madera podridos, oxidados, a pesar de las precauciones tomadas, piezas metálicas. Uno de los nodos principales de nuestra micro central hidroeléctrica es una "guirnalda hidroeléctrica" de dos rotores rígidamente fijados (y que constituyen un todo único en el eje de trabajo). Sus discos son fáciles de hacer a partir de tablas de 20-30 mm de espesor. Para hacer esto, después de haber hecho un escudo con ellos, usando una brújula, construya un círculo con un diámetro de 600 mm. Después de eso, cada una de las tablas se corta de acuerdo con la curva obtenida en él. Después de juntar los espacios en blanco en dos listones (para dar la rigidez requerida), repiten todo tres veces, de acuerdo con la cantidad de discos requeridos. En cuanto a las palas, es recomendable que sean de hierro para techos. Y mejor: de recipientes cilíndricos de acero inoxidable (barriles) de tamaño adecuado y cortados por la mitad (a lo largo del eje), en los que generalmente se almacenan y transportan fertilizantes agrícolas y otros materiales agresivos. En casos extremos, las palas también pueden ser de madera. Pero su peso (especialmente después de una larga estadía en el agua) aumentará considerablemente. Y esto debe recordarse al crear microcentrales hidroeléctricas en flotadores. Los soportes de púas se unen a los extremos de la "guirnalda de hidroenergía". De hecho, estos son cilindros cortos con una brida ancha y una ranura para una llave. La brida está unida al disco del rotor respectivo con cuatro pernos.
Para reducir la fricción, se proporcionan cojinetes ubicados en las barras transversales centrales. Y dado que los rodamientos de bolas o de rodillos comunes no son adecuados para trabajar en el agua, usan ... rodamientos de madera hechos en casa. El diseño de cada uno de ellos consta de dos abrazaderas y placas de inserción con un orificio para el paso del soporte de la espiga. Además, los semicojinetes intermedios están colocados de manera que las fibras de madera corren aquí paralelas al eje. Además, se toman medidas especiales para garantizar que las placas de inserción estén rígidamente fijadas a los desplazamientos laterales. Haga esto con la ayuda de apretar los pernos. Como generador eléctrico en la microcentral hidroeléctrica considerada se utiliza cualquiera de las automotrices. Proporcionan 12-14 V CC y se acoplan fácilmente tanto a la batería como a los aparatos eléctricos. La potencia de estas máquinas es de unos 300 vatios.
El diseño de una central eléctrica microhidroeléctrica portátil con una disposición vertical de una "guirnalda" y un generador es bastante aceptable para la autoproducción. Tal central hidroeléctrica, según el autor del desarrollo, es la menos intensiva en materiales. La estructura de soporte de la instalación, que fija su posición en el lecho del río, es una varilla de acero hueca (por ejemplo, de secciones de tubería). Su longitud se elige en función de la naturaleza del fondo del curso de agua y la velocidad de la corriente. Además, de manera que el extremo afilado de la varilla, clavado en el fondo, garantizaría la estabilidad de la microcentral hidroeléctrica y su inseparabilidad por su curso. También es posible utilizar estrías adicionales. Habiendo determinado la superficie activa del rotor por la fórmula (1) y medido la profundidad del río en el lugar donde se instaló la microcentral hidroeléctrica, es fácil calcular el diámetro de los rotores Savonius utilizados aquí. Para que el diseño sea simple y de arranque automático, es recomendable hacer una "guirnalda hidráulica" de dos rotores conectados de modo que las palas del primero se desplacen 90 ° con respecto al segundo (a lo largo del eje de rotación). Además, para aumentar la eficiencia del trabajo, la estructura del lado del flujo que se aproxima está equipada con un escudo que desempeña el papel de una paleta guía. Bueno, el eje de trabajo está montado en cojinetes lisos de los soportes superior e inferior. En principio, con un tiempo de funcionamiento corto de una microcentral hidroeléctrica (por ejemplo, en un viaje de campamento), también se pueden usar rodamientos de bolas de gran diámetro. Sin embargo, si hay arena o limo en el agua, después de cada uso, estas unidades deberán lavarse con agua limpia. La fijación de los soportes a la varilla se atornilla y suelda, según el peso de la "guirnalda hidráulica" y la necesidad de desmontarla en partes. El extremo superior del eje de trabajo de la máquina hidráulica es también el eje de entrada del multiplicador, que (como el más simple y tecnológico) puede usarse como correa. El generador eléctrico es tomado nuevamente por automóvil. Es fácil fijarlo a la barra de soporte con una abrazadera. Y los cables que provienen del generador deben tener una impermeabilización confiable. En las ilustraciones, las proporciones geométricas exactas de la transmisión intermedia no se muestran convencionalmente, ya que dependen de los parámetros del generador particular que tenga. Bueno, las correas de transmisión se pueden hacer con una cámara de automóvil vieja cortándola en cintas de 20 mm de ancho, y luego retorciéndolas en paquetes. Para el suministro de energía de pequeños pueblos, es adecuada una microcentral hidroeléctrica en cadena diseñada por V. Blinov, que no es más que una cadena de rotores Savonius en forma de barril con un diámetro de 300-400 mm, montados en un cable flexible se extendía al otro lado del río. Un extremo del cable está unido a un soporte articulado y el otro a través de un simple multiplicador al eje del generador. A un caudal de 1,5-2,0 m/s, la cadena de rotores alcanza las 90 rpm. Y el pequeño tamaño de los elementos de la "guirnalda hidroeléctrica" hace posible operar esta microcentral hidroeléctrica en ríos con una profundidad de menos de un metro. Debe decirse que antes de 1964, V. Blinov logró crear varias micro centrales hidroeléctricas portátiles y estacionarias de su propio diseño, la más grande de las cuales fue una central hidroeléctrica construida cerca del pueblo de Porozhki (región de Tver). Un par de guirnaldas aquí impulsaron dos generadores de autotractor estándar con una potencia total de 3,5 kW. Autor: I.Dokukin
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