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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Guirlanda dando corrente. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O surgimento de dachas e até de fazendas em terrenos baldios distantes da rede elétrica, o aumento galopante dos preços dos combustíveis e da eletricidade deram vida às velhas ideias de fornecimento autônomo de energia com o uso generalizado de energia natural do sol, vento e água . Em particular, aumentou o interesse em mini e micro-centrais hidroeléctricas. O protótipo para os examinados foi a usina hidrelétrica de guirlanda de fluxo livre (modelo 1964) de V. Blinov. As usinas hidrelétricas que serão discutidas são de fluxo livre, com uma turbina bastante original feita dos chamados rotores Savonius, amarrados em um eixo de trabalho comum (talvez flexível, composto). Não necessitam de barragens ou outras estruturas hidráulicas de grande porte para sua instalação. São capazes de trabalhar com total eficiência mesmo em águas rasas, o que, aliado à simplicidade, compacidade e confiabilidade do projeto, torna essas hidrelétricas muito promissoras para os agricultores e jardineiros cujos terrenos estão localizados próximos a pequenos cursos d'água (rios , riachos e valas).
Ao contrário das barragens, sabe-se que as usinas hidrelétricas de fluxo livre usam apenas a energia cinética da água corrente. Para determinar a potência existe uma fórmula: N=0,5*p*V3*F*n(1), onde N é a potência no eixo de trabalho (W), p é a densidade da água (1000 kt/m3), V - velocidade do fluxo do rio (m/s), F - área da seção transversal da parte ativa (submersível) do corpo de trabalho da máquina hidráulica (m2), n é a eficiência de conversão de energia. Como pode ser visto na fórmula 1, a uma velocidade do rio de 1 m/s, por metro quadrado de seção transversal da parte ativa da máquina hidráulica, idealmente (quando n=1) há uma potência igual a apenas 500 W . Este valor é claramente pequeno para uso industrial, mas é suficiente para uma parcela subsidiária de um agricultor ou residente de verão. Além disso, pode ser aumentado pela operação paralela de várias “guirlandas hidroenergéticas”. E mais uma sutileza. A velocidade do rio varia em diferentes seções. Portanto, antes de iniciar a construção de uma microcentral hidrelétrica, é necessário determinar o potencial energético do seu rio por meio de um método simples descrito no primeiro número da revista de 1996. Lembremos apenas que a distância percorrida pelo flutuador de medição e dividida pelo tempo que ele passa corresponderá à velocidade média do fluxo nesta área. Deve-se observar também: este parâmetro mudará dependendo da época do ano. Portanto, os cálculos do projeto devem ser feitos com base na vazão média do rio (durante o período planejado de operação da micro-hidrelétrica). A seguir, é necessário determinar o tamanho da parte ativa da máquina hidráulica e seu tipo. Como toda a microusina hidrelétrica deve ser o mais simples e descomplicada possível de fabricar, o tipo de conversor mais adequado é um rotor Savonius de design final. Ao trabalhar com imersão total em água, o valor de F pode ser considerado igual ao produto do diâmetro do rotor D e seu comprimento L, e n=0,5. A frequência de rotação f é determinada com precisão aceitável para a prática usando a fórmula: f=48V/3,14D (rpm) (2). Para tornar a usina hidrelétrica o mais compacta possível, a potência especificada no cálculo deve ser correlacionada com a carga real, cuja alimentação deverá ser fornecida pela microusina hidrelétrica (já que, ao contrário de uma turbina eólica, a corrente será continuamente fornecido à rede de consumo). Via de regra, essa eletricidade é utilizada para iluminação, alimentação de TV, rádio e geladeira. Além disso, apenas este último é constantemente colocado em funcionamento ao longo do dia. Os restantes aparelhos eléctricos funcionam principalmente à noite. Com base nisso, é aconselhável focar na potência máxima de uma “guirlanda hidroenergética” de cerca de 250-300 W, cobrindo o pico de carga com a ajuda de uma bateria carregada de uma central microhidrelétrica. A transmissão do torque do eixo de trabalho de uma usina hidráulica para a polia de um gerador elétrico geralmente é realizada por meio de uma transmissão intermediária. Porém, este elemento, a rigor, pode ser excluído se o gerador utilizado no projeto de uma microcentral hidrelétrica tiver uma velocidade de rotação operacional inferior a 750 rpm. No entanto, muitas vezes você tem que recusar a comunicação direta. Na verdade, para a grande maioria dos geradores produzidos internamente, a velocidade de rotação operacional no início da produção de energia situa-se na faixa de 1500-3000 rpm. Isso significa que é necessária coordenação adicional entre os eixos da usina hidrelétrica e o gerador elétrico. Bem, agora que a parte teórica preliminar ficou para trás, vamos dar uma olhada nos projetos específicos, cada um deles com suas próprias vantagens.
Aqui, por exemplo, está uma microusina hidrelétrica de fluxo livre semi-estacionária com um arranjo horizontal de dois rotores Savonius do tipo transversal coaxiais, girados 90° um em relação ao outro (para facilitar a partida automática). Além disso, as principais partes e componentes desta usina hidrelétrica artesanal são feitos de madeira como o material de construção mais acessível e “obediente”. A microcentral hidrelétrica proposta é submersível. Ou seja, sua estrutura de suporte está localizada transversalmente ao curso d'água na parte inferior e é reforçada com cabos de sustentação ou postes (se, por exemplo, houver passarelas, cais para barcos, etc. nas proximidades). Isso é feito para evitar que a estrutura seja arrastada pelo próprio curso d’água. É claro que a profundidade do rio no local de instalação da microhidrelétrica deve ser menor que a altura da estrutura de suporte. Caso contrário, é muito difícil (se não impossível) evitar a entrada de água no gerador elétrico. Pois bem, se o local onde se pretende instalar a micro-hídrica tiver uma profundidade superior a 1,5 m ou houver uma grande quantidade de água e uma velocidade de escoamento que varia muito ao longo do ano (o que, aliás, é bastante típico de cursos de água alimentados com neve), então é recomendável equipar este projeto com flutuadores. Isso também permitirá que ele seja facilmente movido quando instalado em um rio. A estrutura de suporte de uma central microhidrelétrica é uma estrutura retangular feita de madeira, tábuas e pequenas toras, fixada com pregos e arame (cabos). As partes metálicas da estrutura (pregos, parafusos, braçadeiras, ângulos, etc.) devem, se possível, ser feitas de aço inoxidável ou outras ligas resistentes à corrosão. Bem, uma vez que a operação de tal microusina hidrelétrica muitas vezes é possível nas condições russas apenas sazonalmente (devido ao congelamento da maioria dos rios), então, após o término do período de operação, toda a estrutura puxada para terra está sujeita a uma inspeção minuciosa . Elementos de madeira podres e peças metálicas enferrujadas, apesar dos cuidados tomados, são prontamente substituídos. Um dos principais componentes de nossa microusina hidrelétrica é uma “guirlanda hidroenergética” de dois rotores rigidamente fixados (e formando uma única unidade no eixo de trabalho). Seus discos podem ser facilmente feitos de placas com espessura de 20 a 30 mm. Para isso, fazendo um escudo com eles, use um compasso para construir um círculo com diâmetro de 600 mm. Depois disso, cada uma das tábuas é cortada de acordo com a curva nela obtida. Depois de juntar as peças em duas tiras (para dar a rigidez necessária), repetem tudo três vezes - de acordo com o número de discos necessários. Quanto às lâminas, é aconselhável fazê-las em ferro para telhados. Ou melhor ainda, a partir de recipientes cilíndricos de inox (barris) de tamanho adequado e cortados ao meio (ao longo do eixo), nos quais normalmente são armazenados e transportados fertilizantes agrícolas e outros materiais agressivos. Em casos extremos, as lâminas podem ser de madeira. Mas seu peso (especialmente após uma longa permanência na água) aumentará significativamente. E isso deve ser lembrado na hora de criar microcentrais hidrelétricas sobre flutuadores. Suportes pontiagudos são fixados nas extremidades da “guirlanda hidroenergética”. Essencialmente, estes são cilindros curtos com um flange largo e uma ranhura final para uma chave. O flange é fixado ao disco do rotor correspondente com quatro parafusos.
Para reduzir o atrito, existem rolamentos localizados nas travessas intermediárias. E como os rolamentos comuns de esferas ou rolos não são adequados para trabalhar na água, eles usam... rolamentos caseiros de madeira. O desenho de cada um deles consiste em dois grampos e placas de inserção com furo para passagem de um suporte de espiga. Além disso, os casquilhos intermediários são posicionados de modo que as fibras de madeira aqui correm paralelamente ao eixo. Além disso, são tomadas medidas especiais para garantir que as placas de inserção sejam fixadas rigidamente contra movimentos laterais. Isso é feito usando parafusos de aperto. Qualquer gerador automotivo é utilizado como gerador elétrico na microusina em questão. Eles produzem 12-14 V DC e podem ser facilmente conectados a uma bateria e a aparelhos elétricos. A potência dessas máquinas é de cerca de 300 W.
O projeto de uma microusina hidrelétrica portátil com disposição vertical de uma “guirlanda” e um gerador também é bastante aceitável para a autoprodução. Tal hidrelétrica, segundo o autor do empreendimento, é a menos intensiva em materiais. A estrutura de suporte da instalação, que fixa a sua posição no leito do rio, é uma haste oca de aço (por exemplo, de troços de tubo). Seu comprimento é escolhido com base na natureza do fundo do curso d'água e na velocidade do fluxo. Além disso, de modo que a ponta afiada da haste, cravada no fundo, garantisse a estabilidade da micro-hidrelétrica e a sua não perturbação pela corrente. O uso adicional de estrias também é possível. Tendo determinado a superfície ativa do rotor pela fórmula (1) e medido a profundidade do rio no local de instalação da micro-hidrelétrica, é fácil calcular o diâmetro dos rotores Savonius aqui utilizados. Para tornar o projeto simples e de partida automática, é aconselhável fazer uma “guirlanda hidroenergética” de dois rotores conectados de forma que as pás do primeiro fiquem deslocadas 90° em relação ao segundo (ao longo do eixo de rotação). Além disso, para aumentar a eficiência operacional, a estrutura lateral do fluxo que se aproxima é equipada com uma blindagem que desempenha o papel de palheta guia. Pois bem, o eixo de trabalho é montado nos mancais deslizantes dos suportes superior e inferior. Em princípio, para um curto período de operação de uma usina microhidrelétrica (por exemplo, em uma caminhada), podem ser usados rolamentos de esferas de grande diâmetro. Porém, se houver areia ou lodo na água, essas unidades deverão ser lavadas em água limpa após cada uso. Os suportes são aparafusados e soldados à haste, dependendo do peso da “guirlanda hidroenergética” e da necessidade de desmontá-la em partes. A extremidade superior do eixo de trabalho da máquina hidráulica é também o eixo de entrada do multiplicador, que (por ser o mais simples e tecnologicamente avançado) pode ser utilizado como correia. O gerador elétrico é novamente retirado de um carro. É fácil fixá-lo à haste de suporte com uma pinça. E os próprios fios que saem do gerador devem ter impermeabilização confiável. Nas ilustrações, as proporções geométricas exatas da transmissão intermediária não são mostradas, pois dependem dos parâmetros do gerador específico que você possui. Bem, as correias de transmissão podem ser feitas a partir da câmara de ar de um carro antigo, cortando-a em tiras de 20 mm de largura e depois torcendo-a em feixes. Para fornecer energia a pequenas aldeias, é adequada uma microusina hidrelétrica tipo guirlanda projetada por V. Blinov, que nada mais é do que uma cadeia de rotores Savonius em forma de barril com um diâmetro de 300-400 mm, presos a um cabo flexível esticado através do rio. Uma extremidade do cabo é fixada ao suporte articulado e a outra através de um simples multiplicador ao eixo do gerador. A uma velocidade de fluxo de 1,5-2,0 m/s, a cadeia de rotores atinge 90 rpm. E o pequeno tamanho dos elementos da “guirlanda hidroenergética” permite operar esta micro-hidrelétrica em rios com profundidade inferior a um metro. Deve-se dizer que antes de 1964, V. Blinov conseguiu criar várias microusinas hidrelétricas portáteis e estacionárias de seu próprio projeto, a maior das quais foi uma usina hidrelétrica construída perto da vila de Porozhki (região de Tver). Um par de guirlandas aqui acionava dois geradores padrão de automóveis e tratores com potência total de 3,5 kW. Autor: I.Dokukin
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