Waterradontwerp voor waterkrachtproject

Waterradontwerp voor waterkrachtenergie
hydro energy icon Hydro-energie is een technologie die de kinetische energie van bewegend water omzet in mechanische of elektrische energie, en een van de vroegste apparaten die werden gebruikt om de energie van bewegend water om te zetten in bruikbaar werk was het Waterwheel Design.
Het ontwerp van het waterrad is in de loop van de tijd geëvolueerd, waarbij sommige waterraderen verticaal zijn georiënteerd, sommige horizontaal en sommige met ingewikkelde katrollen en tandwielen eraan bevestigd, maar ze zijn allemaal ontworpen om dezelfde functie te vervullen en dat is ook: "de lineaire beweging van het bewegende water omzetten in een roterende beweging die kan worden gebruikt om elk apparaat aan te drijven dat ermee verbonden is via een roterende as”.

Typisch waterradontwerp
Vroege waterradontwerpen waren vrij primitieve en eenvoudige machines die bestonden uit een verticaal houten wiel met houten bladen of emmers die gelijkmatig rond hun omtrek waren bevestigd, allemaal ondersteund op een horizontale as met de kracht van het water dat eronder stroomde en het wiel in een tangentiële richting tegen de bladen duwde .
Deze verticale waterraderen waren veel beter dan het eerdere horizontale waterradontwerp van de oude Grieken en Egyptenaren, omdat ze efficiënter konden werken en het momentum van het bewegende water in kracht konden omzetten.Katrollen en tandwielen werden vervolgens aan het waterrad bevestigd, waardoor de richting van een roterende as van horizontaal naar verticaal kon veranderen om molenstenen te bedienen, hout te zagen, erts te breken, te stampen en te snijden, enz.

Soorten waterradontwerp
De meeste waterraderen, ook wel watermolens of gewoon waterraderen genoemd, zijn verticaal gemonteerde wielen die rond een horizontale as draaien, en dit soort waterraderen wordt geclassificeerd door de manier waarop het water op het wiel wordt aangebracht, ten opzichte van de as van het wiel.Zoals je mag verwachten, zijn waterraderen relatief grote machines die met lage hoeksnelheden ronddraaien en een laag rendement hebben door verliezen door wrijving en het onvolledig vullen van de emmers etc.
De actie van het water dat tegen de wielen duwt, veroorzaakt een koppel op de as, maar door het water vanuit verschillende posities op het wiel naar deze peddels en emmers te sturen, kunnen de rotatiesnelheid en de efficiëntie ervan worden verbeterd.De twee meest voorkomende vormen van waterradontwerp zijn het "onderslagwaterrad" en het "bovenslagwaterrad".

Undershot waterrad ontwerp
Het Undershot Water Wheel Design, ook wel bekend als een "stroomwiel", was het meest gebruikte type waterrad ontworpen door de oude Grieken en Romeinen, omdat het het eenvoudigste, goedkoopste en gemakkelijkste type wiel is om te bouwen.
Bij dit type waterradontwerp wordt het wiel eenvoudig direct in een snelstromende rivier geplaatst en van bovenaf ondersteund.De beweging van het water eronder zorgt voor een duwende actie tegen de ondergedompelde peddels op het onderste deel van het wiel, waardoor het slechts in één richting kan draaien ten opzichte van de richting van de stroming van het water.
Dit type waterradontwerp wordt over het algemeen gebruikt in vlakke gebieden zonder natuurlijke helling van het land of waar de waterstroom voldoende snel beweegt.In vergelijking met de andere waterradontwerpen is dit type ontwerp zeer inefficiënt, waarbij slechts 20% van de potentiële energie van het water wordt gebruikt om het wiel daadwerkelijk te laten draaien.Ook wordt de waterenergie slechts één keer gebruikt om het wiel te laten draaien, waarna het met de rest van het water wegstroomt.
Een ander nadeel van het onderslagrad is dat het grote hoeveelheden water nodig heeft dat met hoge snelheid beweegt.Daarom bevinden onderslagraderen zich meestal aan de oevers van rivieren, omdat kleinere stromen of beken niet genoeg potentiële energie in het bewegende water hebben.
Een manier om de efficiëntie van een onderslagwaterrad iets te verbeteren is om een ​​percentage van het water in de rivier langs een smal kanaal of kanaal om te leiden, zodat 100% van het omgeleide water wordt gebruikt om het wiel te laten draaien.Om dit te bereiken moet het onderslagwiel smal zijn en zeer nauwkeurig in het kanaal passen om te voorkomen dat het water langs de zijkanten ontsnapt of door het aantal of de grootte van de peddels te vergroten.

Overslagwaterradontwerp
Het Overshot Water Wheel Design is het meest voorkomende type waterradontwerp.Het bovenslagwaterrad is ingewikkelder in constructie en ontwerp dan het vorige onderslagrad, omdat het emmers of kleine compartimenten gebruikt om het water op te vangen en vast te houden.
Deze emmers vullen met water dat aan de bovenkant van het wiel naar binnen stroomt.Het zwaartekrachtgewicht van het water in de volle emmers zorgt ervoor dat het wiel rond zijn centrale as draait terwijl de lege emmers aan de andere kant van het wiel lichter worden.
Dit type waterrad maakt gebruik van de zwaartekracht om zowel de output als het water zelf te verbeteren, dus bovenslagwaterraderen zijn veel efficiënter dan onderslagontwerpen, aangezien bijna al het water en het gewicht ervan worden gebruikt om uitgangsvermogen te produceren.Maar net als voorheen wordt de waterenergie slechts één keer gebruikt om het wiel te laten draaien, waarna het met de rest van het water wegstroomt.
Bovenslagwaterraderen hangen boven een rivier of beek en zijn over het algemeen gebouwd op de flanken van heuvels die zorgen voor een watertoevoer van bovenaf met een lage opvoerhoogte (de verticale afstand tussen het water aan de bovenkant en de rivier of beek eronder) van 5 tot -20 meter.Een kleine dam of stuw kan worden gebouwd en gebruikt om zowel de snelheid van het water naar de top van het wiel te kanaliseren als te verhogen, waardoor het meer energie krijgt, maar het is het volume van het water in plaats van de snelheid die het wiel helpt draaien.

Over het algemeen worden bovenslagwaterraderen zo groot mogelijk gebouwd om de grootst mogelijke kopafstand te geven voor het zwaartekrachtgewicht van het water om het wiel te laten draaien.Waterwielen met een grote diameter zijn echter gecompliceerder en duurder om te bouwen vanwege het gewicht van het wiel en het water.
Wanneer de afzonderlijke emmers met water worden gevuld, zorgt het zwaartekrachtsgewicht van het water ervoor dat het wiel in de richting van de waterstroom draait.Naarmate de rotatiehoek dichter bij de onderkant van het wiel komt, loopt het water in de emmer leeg in de rivier of stroom eronder, maar het gewicht van de emmers die erachter draaien zorgt ervoor dat het wiel doorgaat met zijn rotatiesnelheid.De lege emmer gaat verder rond het draaiende wiel totdat hij weer bovenaan staat, klaar om gevuld te worden met meer water en de cyclus herhaalt zich.Een van de nadelen van een bovenslagwaterradontwerp is dat het water slechts één keer wordt gebruikt terwijl het over het wiel stroomt.

Het Pitchback Waterrad-ontwerp
Het Pitchback Water Wheel Design is een variatie op het vorige bovenslagwaterrad, omdat het ook het zwaartekrachtsgewicht van het water gebruikt om het wiel te helpen draaien, maar het gebruikt ook de stroom van het afvalwater eronder om een ​​extra duwtje in de rug te geven.Dit type waterradontwerp maakt gebruik van een invoersysteem met lage kop dat het water dichtbij de bovenkant van het wiel levert vanuit een pentrough erboven.
In tegenstelling tot het bovenslagwaterrad dat het water direct over het wiel geleidt waardoor het in de richting van de waterstroom draait, voedt het pitchback-waterrad het water verticaal naar beneden door een trechter en in de emmer eronder, waardoor het wiel in de tegenovergestelde richting draait richting naar de stroming van het water erboven.
Net als het vorige bovenslagwaterrad, zorgt het zwaartekrachtgewicht van het water in de emmers ervoor dat het wiel draait, maar tegen de klok in.Naarmate de rotatiehoek de onderkant van het wiel nadert, wordt het water dat in de emmers is opgesloten, eronder geleegd.Terwijl de lege emmer aan het wiel is bevestigd, blijft hij met het wiel draaien zoals voorheen totdat hij weer bovenaan staat, klaar om te worden gevuld met meer water en de cyclus wordt herhaald.
Het verschil deze keer is dat het afvalwater dat uit de roterende emmer wordt geleegd, wegstroomt in de richting van het roterende wiel (omdat het nergens anders heen kan), vergelijkbaar met het principe van het onderslagwater.Het belangrijkste voordeel van het pitchback-waterrad is dus dat het de energie van het water twee keer gebruikt, één keer van bovenaf en één keer van onderaf om het wiel rond zijn centrale as te draaien.
Het resultaat is dat de efficiëntie van het ontwerp van het waterrad aanzienlijk wordt verhoogd tot meer dan 80% van de waterenergie, aangezien het wordt aangedreven door zowel het zwaartekrachtgewicht van het inkomende water als door de kracht of druk van water dat van bovenaf in de emmers wordt geleid, zoals evenals de stroom van het afvalwater beneden die tegen de emmers duwt.Het nadeel van een pitchback-waterrad is echter dat het een iets complexere watervoorziening nodig heeft direct boven het wiel met glijbanen en pentroughs.

Het ontwerp van het Breastshot-waterrad
Het Breastshot Water Wheel Design is een ander verticaal gemonteerd waterradontwerp waarbij het water de emmers ongeveer halverwege op ashoogte, of net erboven, in de emmers komt en vervolgens aan de onderkant naar buiten stroomt in de richting van de rotatie van de wielen.Over het algemeen wordt het breastshot-waterrad gebruikt in situaties waarin de waterkolom onvoldoende is om een ​​bovenslag- of pitchback-waterradontwerp van bovenaf aan te drijven.
Het nadeel hiervan is dat het zwaartekrachtgewicht van het water slechts voor ongeveer een kwart van de rotatie wordt gebruikt, in tegenstelling tot voorheen voor de helft van de rotatie.Om deze lage hoofdhoogte te overwinnen, zijn de waterrademmers breder gemaakt om de benodigde hoeveelheid potentiële energie uit het water te halen.
Breastshot-waterraderen gebruiken ongeveer hetzelfde zwaartekrachtsgewicht van het water om het wiel te draaien, maar aangezien de hoogte van het water ongeveer de helft is van die van een typisch bovenslagwaterrad, zijn de emmers een stuk breder dan eerdere waterradontwerpen om het volume van het water te vergroten gevangen in de emmers.Het nadeel van dit type ontwerp is een toename in de breedte en het gewicht van het water dat door elke emmer wordt gedragen.Net als bij het pitchback-ontwerp, gebruikt het borstschotwiel de energie van het water twee keer omdat het waterrad is ontworpen om in het water te zitten, waardoor het afvalwater kan helpen bij de rotatie van het wiel terwijl het stroomafwaarts wegstroomt.

Elektriciteit opwekken met een waterrad
Historisch werden waterwielen gebruikt voor het malen van meel, granen en andere soortgelijke mechanische taken.Maar waterwielen kunnen ook worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit, een zogenaamde Hydro Power-systeem.Door een elektrische generator aan te sluiten op de roterende as van de waterraderen, direct of indirect met behulp van aandrijfriemen en katrollen, kunnen waterraderen worden gebruikt om 24 uur per dag continu stroom op te wekken, in tegenstelling tot zonne-energie.Als het waterrad correct is ontworpen, kan een klein of "micro" waterkrachtsysteem voldoende elektriciteit produceren om verlichting en/of elektrische apparaten in een gemiddeld huis van stroom te voorzien.
Zoek naar waterradgeneratoren die zijn ontworpen om bij relatief lage snelheden een optimaal vermogen te produceren.Voor kleine projecten kan een kleine gelijkstroommotor worden gebruikt als een generator met lage snelheid of een dynamo voor auto's, maar deze zijn ontworpen om met veel hogere snelheden te werken, dus een of andere vorm van overbrenging kan nodig zijn.Een windturbinegenerator is een ideale waterradgenerator omdat deze is ontworpen voor gebruik bij lage snelheid en hoge output.
Als er een redelijk snelstromende rivier of beek in de buurt van uw huis of tuin is die u kunt gebruiken, dan kan een kleinschalig waterkrachtsysteem een ​​beter alternatief zijn voor andere vormen van hernieuwbare energiebronnen zoals "Windenergie" of "Zonne-energie". ” omdat het veel minder visuele impact heeft.Net als wind- en zonne-energie, kan met een op het elektriciteitsnet aangesloten kleinschalig, door een waterrad ontworpen opwekkingssysteem dat is aangesloten op het lokale elektriciteitsnet, alle elektriciteit die u opwekt maar niet gebruikt, worden terugverkocht aan het elektriciteitsbedrijf.
In de volgende tutorial over Hydro Energy zullen we kijken naar de verschillende soorten turbines die beschikbaar zijn die we kunnen bevestigen aan ons waterradontwerp voor de opwekking van waterkracht.Voor meer informatie over Waterwheel Design en hoe u uw eigen elektriciteit kunt opwekken met behulp van de kracht van water, of meer informatie over hydro-energie over de verschillende beschikbare waterwheel-ontwerpen, of om de voor- en nadelen van hydro-energie te verkennen, klik hier om uw exemplaar te bestellen van Amazon vandaag over de principes en constructie van waterraderen die kunnen worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit.