Diseño de rueda hidráulica para proyecto hidroeléctrico

Diseño de ruedas hidráulicas para energía hidroeléctrica
icono de energía hidráulicaLa energía hidráulica es una tecnología que convierte la energía cinética del agua en movimiento en energía mecánica o eléctrica, y uno de los primeros dispositivos utilizados para convertir la energía del agua en movimiento en trabajo utilizable fue el diseño de rueda hidráulica.
El diseño de la rueda hidráulica ha evolucionado con el tiempo, con algunas ruedas hidráulicas orientadas verticalmente, algunas horizontalmente y otras con poleas y engranajes elaborados adjuntos, pero todas están diseñadas para hacer la misma función y eso es también, "convertir el movimiento lineal del agua en movimiento en un movimiento giratorio que se puede utilizar para impulsar cualquier pieza de maquinaria conectada a él a través de un eje giratorio”.

Diseño típico de rueda hidráulica
Los primeros diseños de ruedas hidráulicas eran máquinas bastante primitivas y simples que consistían en una rueda de madera vertical con palas o baldes de madera fijados por igual alrededor de su circunferencia, todos apoyados en un eje horizontal con la fuerza del agua que fluye debajo empujando la rueda en una dirección tangencial contra las palas. .
Estas ruedas hidráulicas verticales eran muy superiores al diseño anterior de ruedas hidráulicas horizontales de los antiguos griegos y egipcios, porque podían operar de manera más eficiente al convertir el impulso del agua en movimiento en energía.Luego, se unieron poleas y engranajes a la rueda hidráulica, lo que permitió un cambio en la dirección de un eje giratorio de horizontal a vertical para operar ruedas de molino, aserrar madera, triturar minerales, estampar y cortar, etc.

Tipos de diseño de rueda de agua
La mayoría de las ruedas hidráulicas, también conocidas como molinos de agua o simplemente ruedas hidráulicas, son ruedas montadas verticalmente que giran sobre un eje horizontal, y estos tipos de ruedas hidráulicas se clasifican por la forma en que se aplica el agua a la rueda, en relación con el eje de la rueda.Como es de esperar, las ruedas hidráulicas son máquinas relativamente grandes que giran a bajas velocidades angulares, y tienen una baja eficiencia, debido a pérdidas por fricción y llenado incompleto de los cangilones, etc.
La acción del agua empujando contra los cubos o paletas de las ruedas desarrolla un par en el eje pero dirigiendo el agua hacia estos cubos y paletas desde diferentes posiciones en la rueda se puede mejorar la velocidad de rotación y su eficiencia.Los dos tipos más comunes de diseño de rueda hidráulica son la "rueda hidráulica inferior" y la "rueda hidráulica superior".

Diseño de rueda de agua debajo del alcance
El diseño de rueda de agua Undershot, también conocido como "rueda de corriente", fue el tipo de rueda hidráulica más utilizado diseñado por los antiguos griegos y romanos, ya que es el tipo de rueda más simple, económico y fácil de construir.
En este tipo de diseño de rueda hidráulica, la rueda simplemente se coloca directamente en un río que fluye rápidamente y se sostiene desde arriba.El movimiento del agua debajo crea una acción de empuje contra las paletas sumergidas en la parte inferior de la rueda, lo que le permite girar en una sola dirección en relación con la dirección del flujo del agua.
Este tipo de diseño de rueda hidráulica generalmente se usa en áreas planas sin pendiente natural del terreno o donde el flujo de agua se mueve lo suficientemente rápido.En comparación con los otros diseños de ruedas hidráulicas, este tipo de diseño es muy ineficiente, ya que solo el 20 % de la energía potencial del agua se usa para hacer girar la rueda.Además, la energía del agua se usa solo una vez para hacer girar la rueda, después de lo cual fluye con el resto del agua.
Otra desventaja de la rueda hidráulica inferior es que requiere grandes cantidades de agua moviéndose a gran velocidad.Por lo tanto, las ruedas hidráulicas inferiores generalmente se encuentran en las orillas de los ríos, ya que los arroyos o arroyos más pequeños no tienen suficiente energía potencial en el agua en movimiento.
Una forma de mejorar levemente la eficiencia de una rueda hidráulica inferior es desviar un porcentaje del agua del río a lo largo de un canal o conducto estrecho de modo que el 100 % del agua desviada se utilice para hacer girar la rueda.Para lograr esto, la rueda inferior debe ser estrecha y encajar con mucha precisión dentro del canal para evitar que el agua se escape por los lados o aumentando el número o el tamaño de las paletas.

Diseño de rueda hidráulica overshot
El diseño de rueda hidráulica overshot es el tipo más común de diseño de rueda hidráulica.La rueda hidráulica superior es más complicada en su construcción y diseño que la rueda hidráulica inferior anterior, ya que utiliza cubos o pequeños compartimentos para atrapar y retener el agua.
Estos cubos se llenan con agua que fluye por la parte superior de la rueda.El peso gravitatorio del agua en los baldes llenos hace que la rueda gire alrededor de su eje central a medida que los baldes vacíos del otro lado de la rueda se vuelven más ligeros.
Este tipo de rueda hidráulica utiliza la gravedad para mejorar la producción, así como el agua en sí misma, por lo que las ruedas hidráulicas superiores son mucho más eficientes que los diseños inferiores, ya que casi toda el agua y su peso se utilizan para producir energía de salida.Sin embargo, como antes, la energía del agua se usa solo una vez para hacer girar la rueda, después de lo cual fluye con el resto del agua.
Las ruedas hidráulicas de pescante se suspenden sobre un río o arroyo y generalmente se construyen en las laderas de las colinas proporcionando un suministro de agua desde arriba con una cabeza baja (la distancia vertical entre el agua en la parte superior y el río o arroyo debajo) de entre 5 y -20 metros.Se puede construir y usar una pequeña presa o presa para canalizar y aumentar la velocidad del agua hasta la parte superior de la rueda, dándole más energía, pero es el volumen de agua y no su velocidad lo que ayuda a girar la rueda.

En general, las ruedas hidráulicas de pescante se construyen lo más grandes posible para dar la mayor distancia de cabeza posible para que el peso gravitatorio del agua haga girar la rueda.Sin embargo, las ruedas hidráulicas de gran diámetro son más complicadas y caras de construir debido al peso de la rueda y el agua.
Cuando los cubos individuales se llenan de agua, el peso gravitacional del agua hace que la rueda gire en la dirección del flujo de agua.A medida que el ángulo de rotación se acerca a la parte inferior de la rueda, el agua dentro de la cubeta se vacía en el río o arroyo de abajo, pero el peso de las cubetas que giran detrás hace que la rueda continúe con su velocidad de rotación.El balde vacío continúa alrededor de la rueda giratoria hasta que vuelve a subir a la parte superior, listo para llenarse con más agua y el ciclo se repite.Una de las desventajas de un diseño de rueda hidráulica de pescante es que el agua solo se usa una vez a medida que fluye sobre la rueda.

El diseño de la rueda hidráulica Pitchback
El diseño de rueda de agua de cabeceo es una variación de la rueda de agua anterior, ya que también utiliza el peso gravitacional del agua para ayudar a girar la rueda, pero también utiliza el flujo de agua residual debajo de ella para dar un empujón adicional.Este tipo de diseño de rueda hidráulica utiliza un sistema de alimentación de altura baja que proporciona el agua cerca de la parte superior de la rueda desde una canaleta superior.
A diferencia de la rueda hidráulica de pescante que canalizaba el agua directamente sobre la rueda haciendo que girara en la dirección del flujo del agua, la rueda hidráulica de cabeceo hacia atrás alimenta el agua verticalmente hacia abajo a través de un embudo y hacia el balde que se encuentra debajo, lo que hace que la rueda gire en dirección opuesta. dirección al flujo del agua arriba.
Al igual que en la rueda hidráulica superior anterior, el peso gravitacional del agua en los cubos hace que la rueda gire pero en sentido contrario a las agujas del reloj.A medida que el ángulo de rotación se acerca a la parte inferior de la rueda, el agua atrapada dentro de los baldes se vacía por debajo.A medida que el balde vacío se une a la rueda, continúa girando con la rueda como antes hasta que vuelve a subir a la parte superior, listo para llenarse con más agua y el ciclo se repite.
La diferencia esta vez es que el agua residual vaciada del balde giratorio fluye en la dirección de la rueda giratoria (ya que no tiene adónde ir), similar al principio de la rueda hidráulica inferior.Por lo tanto, la principal ventaja de la rueda hidráulica de cabeceo es que utiliza la energía del agua dos veces, una desde arriba y otra desde abajo para hacer girar la rueda alrededor de su eje central.
El resultado es que la eficiencia del diseño de la rueda hidráulica aumenta considerablemente a más del 80% de la energía del agua, ya que es impulsada tanto por el peso gravitacional del agua entrante como por la fuerza o presión del agua dirigida a los baldes desde arriba, como así como el flujo de las aguas residuales debajo empujando contra los baldes.Sin embargo, la desventaja de una rueda hidráulica de cabeceo es que necesita una disposición de suministro de agua un poco más compleja directamente encima de la rueda con toboganes y canaletas.

El diseño de la rueda hidráulica de Breastshot
El diseño de rueda de agua de Breastshot es otro diseño de rueda de agua montado verticalmente en el que el agua entra en los baldes aproximadamente a la mitad de la altura del eje, o justo por encima, y ​​luego sale por la parte inferior en la dirección de rotación de las ruedas.En general, la rueda hidráulica de tiro al pecho se utiliza en situaciones en las que la carga de agua es insuficiente para impulsar un diseño de rueda hidráulica de paso superior o de cabeceo desde arriba.
La desventaja aquí es que el peso gravitacional del agua solo se usa durante aproximadamente una cuarta parte de la rotación, a diferencia de antes, que era para la mitad de la rotación.Para superar esta baja altura de cabeza, los cangilones de las ruedas hidráulicas se ensanchan para extraer la cantidad necesaria de energía potencial del agua.
Las ruedas hidráulicas de pecho utilizan aproximadamente el mismo peso gravitatorio del agua para hacer girar la rueda, pero como la altura de la cabeza del agua es aproximadamente la mitad de la de una rueda hidráulica típica, los cangilones son mucho más anchos que los diseños de ruedas hidráulicas anteriores para aumentar el volumen del agua. atrapados en los cubos.La desventaja de este tipo de diseño es un aumento en el ancho y el peso del agua que transporta cada balde.Al igual que con el diseño de cabeceo, la rueda de pecho utiliza la energía del agua dos veces, ya que la rueda hidráulica está diseñada para asentarse en el agua, lo que permite que las aguas residuales ayuden en la rotación de la rueda a medida que fluye corriente abajo.

Generar electricidad usando una rueda hidráulica
Históricamente, las ruedas hidráulicas se han utilizado para moler harina, cereales y otras tareas mecánicas similares.Pero las ruedas hidráulicas también se pueden utilizar para la generación de electricidad, lo que se denomina sistema Hydro Power.Al conectar un generador eléctrico al eje giratorio de las ruedas hidráulicas, ya sea directa o indirectamente mediante correas de transmisión y poleas, las ruedas hidráulicas se pueden utilizar para generar energía de forma continua las 24 horas del día, a diferencia de la energía solar.Si la rueda hidráulica está diseñada correctamente, un sistema hidroeléctrico pequeño o “micro” puede producir suficiente electricidad para alimentar la iluminación y/o los electrodomésticos en un hogar promedio.
Busque generadores de rueda hidráulica diseñados para producir su rendimiento óptimo a velocidades relativamente bajas.Para proyectos pequeños, se puede usar un motor de CC pequeño como un generador de baja velocidad o un alternador automotriz, pero estos están diseñados para funcionar a velocidades mucho más altas, por lo que es posible que se requiera algún tipo de engranaje.Un generador de turbina eólica es un generador de rueda hidráulica ideal, ya que está diseñado para un funcionamiento de baja velocidad y alto rendimiento.
Si hay un río o arroyo que fluye bastante rápido cerca de su casa o jardín que puede usar, entonces un sistema de energía hidroeléctrica a pequeña escala puede ser una mejor alternativa a otras formas de fuentes de energía renovable como "Energía eólica" o "Energía solar". ” ya que tiene mucho menos impacto visual.Además, al igual que la energía eólica y solar, con un sistema de generación diseñado por una rueda hidráulica a pequeña escala conectado a la red y conectado a la red de servicios públicos local, cualquier electricidad que genere pero no use puede volver a venderse a la compañía de electricidad.
En el siguiente tutorial sobre energía hidroeléctrica, veremos los diferentes tipos de turbinas disponibles que podríamos conectar a nuestro diseño de rueda hidráulica para la generación de energía hidroeléctrica.Para obtener más información sobre el diseño de ruedas hidráulicas y cómo generar su propia electricidad utilizando la energía del agua, u obtener más información sobre la energía hidroeléctrica sobre los diversos diseños de ruedas hidráulicas disponibles, o para explorar las ventajas y desventajas de la energía hidroeléctrica, haga clic aquí para solicitar su copia. de Amazon hoy sobre los principios y la construcción de ruedas hidráulicas que pueden usarse para generar electricidad.