O princípio de funcionamento de uma mini-central hidroeléctrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O princípio de funcionamento de uma microcentral hidrelétrica é que suas estruturas hidráulicas forneçam a pressão necessária de água fornecida às pás de uma hidroturbina, que aciona um gerador que gera eletricidade. Essa pressão de água é formada por derivação - um fluxo natural de água (se for do tipo desvio de microcentral hidrelétrica) ou uma barragem (se for do tipo barragem).

Os parâmetros técnicos de uma microcentral hidrelétrica dependem das condições hidrotécnicas:

• do fluxo de água - o volume de água em litros (ou em metros cúbicos) que passa pela turbina em 1 segundo;
• da pressão - a distância do ponto superior ao inferior da queda de água na turbina (Fig. 4). Dependendo das características do cabeçote, dividem-se as micro UHEs de alta pressão, média pressão e baixa pressão.

Fig.4. Valor principal

Além disso, o dispositivo de uma microcentral hidrelétrica depende do layout de sua localização. A Figura 5 mostra uma microcentral hidrelétrica de pressão do tipo desvio. O princípio do seu funcionamento é que a água é descarregada ao longo de um canal de desvio com um ligeiro declive e a pressão de água necessária é alcançada devido ao comprimento do canal. Além disso, a água é fornecida por meio de uma tubulação de pressão a uma unidade hidráulica localizada abaixo, após a qual a água usada é devolvida ao rio.

Fig.5. Micro HPP de pressão com canal de desvio

A Figura 6 abaixo mostra um micro HPP sem um canal de desvio. A sua diferença em relação a uma central hidroeléctrica com canal de desvio reside no facto de a pressão necessária ser alcançada devido a condições naturais - grande declive do leito do rio. A água é alimentada diretamente da instalação de entrada de água através da bacia de pressão para a tubulação.

Fig.6. Micro HPP de pressão sem canal de desvio

Em alguns casos, as micro UHEs são construídas por meio da construção de uma barragem no curso de um rio ou córrego (Fig. 7). Isso permite resolver dois problemas:

1. atingir a pressão necessária elevando a água até a altura necessária;
2. regulação do caudal e regime da água (que nos exemplos anteriores se resolve por meio de uma bacia de pressão).

A água acumulada neste pequeno reservatório funciona então segundo o mesmo princípio - a água é fornecida à central hidroeléctrica através de uma conduta de pressão.

Fig.7. Micro usina hidrelétrica com barragem

Também é possível construir uma pequena microcentral hidroeléctrica num canal de irrigação (Fig. 8). Um pré-requisito é uma alta taxa de fluxo (fluxo rápido). O próprio equipamento ocupa parte do canal, a turbina fica totalmente submersa na água e passa parte da vazão por ela mesma, o restante da água passa pelo canal de derivação da micro UHE.

Fig.8. Micro HPP em um canal de irrigação

Sob condição de baixa pressão (a partir de 1,5 metros), mas com vazão suficiente de água, é possível instalar uma usina hidrelétrica de baixa pressão com eixo vertical, com capacidade de até 1-3 kW, conforme mostrado na Figura 9. Este projeto usa uma turbina hidráulica de baixa pressão do tipo Kaplan, com eixo vertical e gerador síncrono. Tais micro UHEs consistem nas seguintes estruturas hidráulicas:

• ingestão de água;
• regulador de porta;
• canal de desvio;
• bandeja;
• cano de sucção;
• vertedouro.

Fig.9. Micro usina hidrelétrica de baixa pressão com tubo de sucção

Fig.9-1 Micro UHE com capacidade de 1000 W no rio Chon-Kyzyl-Suu (distrito de Jety-Oguz)

Falando sobre a disposição das turbinas hidráulicas (verticais ou horizontais), é preciso saber que depende dos parâmetros de vazão (pressão e vazão de água) e do tipo de turbina. Em resumo, podemos dizer que:

• o arranjo horizontal da hidroturbina leva a um aumento no tamanho da microcentral hidrelétrica como um todo (devido ao comprimento do eixo da turbina e ao sistema de transmissão de energia rotacional, aumento do tamanho do salão da turbina, etc. ), mas em geral simplifica a construção da microcentral hidrelétrica (Fig. 10).
• a disposição vertical da turbina hidráulica permite obter um melhor balanceamento axial da unidade e reduzir significativamente o tamanho da própria microcentral hidrelétrica, mas, ao mesmo tempo, este esquema é mais exigente na instalação da turbina hidráulica (balanceamento preciso do eixo de rotação) e na fundação de suporte da unidade (estrita posição horizontal do piso de trabalho e suas características de resistência, permitindo suportar o peso da unidade hidráulica), bem como pressão axial significativa na estrutura (Fig. 11).

Fig.10. Esquema de uma micro usina hidrelétrica com disposição horizontal da unidade hidrelétrica

Fig.10-1. Micro UHE com capacidade de 5 kW perto da vila de Chon-Sary-Oi no rio Orto-Koy-Suu

Fig.11 Esquema de uma unidade hidráulica com arranjo vertical na vila de Balbay, distrito de Tyup

Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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