Disseny de la roda hidràulica per al projecte hidroelèctric

Disseny de sínia hidràulica per a l'energia hidràulica
icona d'energia hidràulica L'energia hidràulica és una tecnologia que converteix l'energia cinètica de l'aigua en moviment en energia mecànica o elèctrica, i un dels dispositius més antics utilitzats per convertir l'energia de l'aigua en moviment en treball utilitzable va ser el disseny de la roda hidràulica.
El disseny de la roda d'aigua ha evolucionat amb el temps amb algunes rodes d'aigua orientades verticalment, algunes horitzontalment i algunes amb politges i engranatges elaborats connectats, però tots estan dissenyats per fer la mateixa funció i això també és "convertir el moviment lineal de l'aigua en moviment en un moviment giratori que es pot utilitzar per conduir qualsevol peça de maquinària connectada a ella mitjançant un eix giratori”.

Disseny típic de sínia
Els primers dissenys de la roda d'aigua eren màquines bastant primitives i senzilles que consistien en una roda de fusta vertical amb fulles de fusta o galledes fixades per igual al voltant de la seva circumferència, totes recolzades en un eix horitzontal amb la força de l'aigua que fluïa per sota empenyent la roda en direcció tangencial contra les pales. .
Aquestes sínies verticals eren molt superiors al disseny anterior de sínies horitzontals dels antics grecs i egipcis, perquè podien funcionar de manera més eficient traduint l'impuls de l'aigua en moviment en poder.Aleshores, es van connectar politges i engranatges a la roda hidràulica, cosa que va permetre un canvi de direcció d'un eix giratori d'horitzontal a vertical per fer funcionar moles, serrar fusta, triturar mineral, estampar i tallar, etc.

Tipus de disseny de roda d'aigua
La majoria de les rodes d'aigua també conegudes com a molins d'aigua o simplement rodes d'aigua, són rodes muntades verticalment que giren al voltant d'un eix horitzontal, i aquests tipus de rodes d'aigua es classifiquen per la manera en què s'aplica l'aigua a la roda, en relació amb l'eix de la roda.Com és d'esperar, les rodes hidràuliques són màquines relativament grans que giren a velocitats angulars baixes, i tenen una baixa eficiència, a causa de les pèrdues per fricció i l'ompliment incomplet de les galledes, etc.
L'acció de l'aigua empenyent contra els cubells o pales de les rodes desenvolupa un parell a l'eix però dirigint l'aigua cap a aquestes pales i galledes des de diferents posicions de la roda es pot millorar la velocitat de gir i la seva eficiència.Els dos tipus més comuns de disseny de sínia hidràulica són la "noda d'aigua per sota" i la "noda d'aigua per sobre".

Disseny de la roda d'aigua Undershot
El disseny de la roda d'aigua Undershot, també conegut com a "roda d'aigua", va ser el tipus de roda hidràulica més utilitzat dissenyat pels antics grecs i romans, ja que és el tipus de roda més senzill, més barat i més fàcil de construir.
En aquest tipus de disseny de roda hidràulica, la roda simplement es col·loca directament en un riu que flueix ràpidament i es recolza des de dalt.El moviment de l'aigua a sota crea una acció d'empenta contra les pales submergides a la part inferior de la roda que li permet girar en una direcció només en relació a la direcció del flux de l'aigua.
Aquest tipus de disseny de roda hidràulica s'utilitza generalment en zones planes sense pendent natural del terreny o on el flux d'aigua es mou prou ràpid.En comparació amb els altres dissenys de roda hidràulica, aquest tipus de disseny és molt ineficient, amb tan sols un 20% de l'energia potencial de l'aigua que s'utilitza per fer girar la roda.També l'energia de l'aigua s'utilitza només una vegada per fer girar la roda, després de la qual s'allunya amb la resta de l'aigua.
Un altre desavantatge de la roda d'aigua per sota és que requereix grans quantitats d'aigua que es mouen a gran velocitat.Per tant, les sínies subterrànies solen situar-se a la vora dels rius, ja que els rierols o rierols més petits no tenen prou energia potencial a l'aigua en moviment.
Una manera de millorar lleugerament l'eficiència d'una sínia d'aigua per sota és desviar un percentatge de l'aigua del riu per un canal o conducte estret de manera que el 100% de l'aigua desviada s'utilitzi per fer girar la roda.Per aconseguir-ho, la roda inferior ha de ser estreta i encaixar amb molta precisió dins del canal per evitar que l'aigua s'escapi pels costats o augmentant el nombre o la mida de les pales.

Disseny de roda d'aigua de sobres
El disseny de la roda d'aigua Overshot és el tipus més comú de disseny de la roda d'aigua.La sínia d'aigua per sobre de projecció és més complicada en la seva construcció i disseny que la sínia d'aigua per sota de l'anterior, ja que utilitza galledes o petits compartiments per agafar i retenir l'aigua.
Aquestes galledes s'omplen d'aigua que flueix a la part superior de la roda.El pes gravitatori de l'aigua a les galledes plenes fa que la roda giri al voltant del seu eix central a mesura que les galledes buides de l'altre costat de la roda es tornen més lleugeres.
Aquest tipus de roda d'aigua utilitza la gravetat per millorar la producció, així com l'aigua en si, per tant, les rodes d'aigua superades són molt més eficients que els dissenys inferiors, ja que gairebé tota l'aigua i el seu pes s'utilitzen per produir potència de sortida.Tanmateix, com abans, l'energia de l'aigua només s'utilitza una vegada per fer girar la roda, després de la qual s'allunya amb la resta de l'aigua.
Les sínies d'aigua que sobrepassen estan suspeses per sobre d'un riu o rierol i generalment es construeixen als costats dels turons que proporcionen un subministrament d'aigua des de dalt amb una capçalera baixa (la distància vertical entre l'aigua a la part superior i el riu o rierol a sota) d'entre 5 i -20 metres.Es pot construir una petita presa o presa i utilitzar-la per canalitzar i augmentar la velocitat de l'aigua fins a la part superior de la roda, donant-li més energia, però és el volum d'aigua més que la seva velocitat el que ajuda a girar la roda.

En general, les rodes d'aigua per sobrepassar es construeixen tan grans com sigui possible per donar la màxima distància de capçal possible perquè el pes gravitatori de l'aigua faci girar la roda.No obstant això, les sínies d'aigua de gran diàmetre són més complicades i costoses de construir a causa del pes de la roda i de l'aigua.
Quan les galledes individuals s'omplen d'aigua, el pes gravitatori de l'aigua fa que la roda giri en la direcció del flux d'aigua.A mesura que l'angle de gir s'acosta a la part inferior de la roda, l'aigua de l'interior de la galleda s'aboca al riu o rierol a sota, però el pes de les galledes que giren darrere fa que la roda continuï amb la seva velocitat de rotació.La galleda buida continua al voltant de la roda giratòria fins que torna a pujar de nou a la part superior preparada per omplir-se amb més aigua i el cicle es repeteix.Un dels desavantatges d'un disseny de roda hidràulica per sobrepassar és que l'aigua només s'utilitza una vegada quan flueix per sobre de la roda.

El disseny Pitchback Waterwheel
El disseny de la roda d'aigua Pitchback és una variació de l'anterior roda d'aigua, ja que també utilitza el pes gravitatori de l'aigua per ajudar a girar la roda, però també utilitza el flux de les aigües residuals que hi ha a sota per donar una empenta addicional.Aquest tipus de disseny de roda hidràulica utilitza un sistema d'alimentació de capçal baix que proporciona l'aigua a prop de la part superior de la roda des d'un fons superior.
A diferència de la roda hidràulica que canalitzava l'aigua directament sobre la roda fent-la girar en la direcció del flux de l'aigua, la roda hidràulica de retrocés alimenta l'aigua verticalment cap avall a través d'un embut i cap a la galleda de sota fent que la roda giri al contrari. direcció al flux de l'aigua de dalt.
Igual que la roda hidràulica anterior, el pes gravitatori de l'aigua a les galledes fa que la roda giri però en sentit contrari a les agulles del rellotge.A mesura que l'angle de gir s'acosta a la part inferior de la roda, l'aigua atrapada dins de les galledes es buida per sota.A mesura que la galleda buida s'enganxa a la roda, aquesta continua girant amb la roda com abans fins que torna a pujar de nou a la part superior preparada per omplir-se amb més aigua i el cicle es repeteix.
La diferència aquesta vegada és que l'aigua residual buidada de la galleda giratòria flueix en la direcció de la roda giratòria (ja que no té cap altre lloc per anar), de manera similar al principal de la roda hidràulica.Així, el principal avantatge de la roda hidràulica pitchback és que utilitza l'energia de l'aigua dues vegades, una des de dalt i una altra des de baix per fer girar la roda al voltant del seu eix central.
El resultat és que l'eficiència del disseny de la roda hidràulica augmenta considerablement fins al 80% de l'energia de l'aigua, ja que és impulsada tant pel pes gravitacional de l'aigua entrant com per la força o pressió de l'aigua dirigida a les galledes des de dalt, ja que així com el flux de les aigües residuals a sota empenyent contra les galledes.El desavantatge, però, d'una roda hidràulica de pitchback és que necessita una disposició de subministrament d'aigua una mica més complexa directament a sobre de la roda amb tobogans i tubs.

El disseny de la roda d'aigua Breastshot
El disseny de la roda d'aigua de Breastshot és un altre disseny de roda d'aigua muntat verticalment on l'aigua entra a les galledes a la meitat de l'alçada de l'eix, o just per sobre, i després surt a la part inferior en la direcció de la rotació de les rodes.Generalment, la roda hidràulica s'utilitza en situacions en què el cap d'aigua és insuficient per alimentar un disseny de roda d'aigua per sobresalt o retrocés des de dalt.
El desavantatge aquí és que el pes gravitatori de l'aigua només s'utilitza durant aproximadament una quarta part de la rotació a diferència d'anteriorment, que era per a la meitat de la rotació.Per superar aquesta baixa alçada del cap, les galledes de les rodes hidràuliques es fan més amples per extreure la quantitat necessària d'energia potencial de l'aigua.
Les sínies d'aigua de breastshot utilitzen aproximadament el mateix pes gravitatori de l'aigua per girar la roda, però com que l'alçada del capçal de l'aigua és al voltant de la meitat de la d'una sínia d'aigua de sobresalt típica, les galledes són molt més amples que els dissenys anteriors de sínia per augmentar el volum de l'aigua. atrapat a les galledes.L'inconvenient d'aquest tipus de disseny és un augment de l'amplada i el pes de l'aigua que transporta cada galleda.Igual que amb el disseny de pitchback, la roda de tirada al pit utilitza l'energia de l'aigua dues vegades, ja que la roda hidràulica està dissenyada per seure a l'aigua, permetent que les aigües residuals ajudin en la rotació de la roda a mesura que flueix riu avall.

Genera electricitat amb una roda hidràulica
Històricament, les rodes d'aigua s'han utilitzat per a la mòlta de farina, cereals i altres tasques mecàniques d'aquest tipus.Però les rodes d'aigua també es poden utilitzar per a la generació d'electricitat, anomenada sistema d'energia hidràulica.En connectar un generador elèctric a l'eix giratori de les rodes hidràuliques, ja sigui directament o indirectament mitjançant corretges i politges de transmissió, les rodes hidràuliques es poden utilitzar per generar energia contínuament les 24 hores del dia a diferència de l'energia solar.Si la sínia està dissenyada correctament, un sistema hidroelèctric petit o "micro" pot produir prou electricitat per alimentar la il·luminació i/o els aparells elèctrics d'una casa mitjana.
Busqueu generadors de roda d'aigua dissenyats per produir la seva sortida òptima a velocitats relativament baixes.Per a projectes petits, es pot utilitzar un petit motor de corrent continu com a generador de baixa velocitat o alternador d'automòbil, però aquests estan dissenyats per funcionar a velocitats molt més altes, de manera que pot ser necessari algun tipus d'engranatge.Un generador d'aerogenerador és un generador de roda hidràulica ideal, ja que està dissenyat per a un funcionament de baixa velocitat i alt rendiment.
Si hi ha un riu o un rierol que flueix bastant ràpid a prop de la vostra llar o jardí que podeu utilitzar, aleshores un sistema hidroelèctric a petita escala pot ser una millor alternativa a altres formes d'energia renovable com "energia eòlica" o "energia solar". ” ja que té molt menys impacte visual.Igual que l'energia eòlica i solar, amb un sistema de generació dissenyat per una roda hidràulica a petita escala connectat a la xarxa connectat a la xarxa pública local, qualsevol electricitat que genereu però no utilitzeu es pot tornar a vendre a la companyia elèctrica.
En el següent tutorial sobre l'energia hidràulica, veurem els diferents tipus de turbines disponibles que podríem connectar al nostre disseny de roda hidràulica per a la generació d'energia hidràulica.Per obtenir més informació sobre Waterwheel Design i com generar la vostra pròpia electricitat amb la potència de l'aigua, o obtenir més informació sobre l'energia hidràulica sobre els diferents dissenys de nodi disponibles, o per explorar els avantatges i desavantatges de l'energia hidràulica, feu clic aquí per demanar la vostra còpia. d'Amazon avui sobre els principis i la construcció de sínies hidràuliques que es poden utilitzar per generar electricitat.