Projeto de roda d'água para projeto hidrelétrico

Projeto de roda d'água para energia hídrica
ícone da energia hídrica A energia hídrica é uma tecnologia que converte a energia cinética da água em movimento em energia mecânica ou elétrica, e um dos primeiros dispositivos usados ​​para converter a energia da água em movimento em trabalho utilizável foi o Waterwheel Design.
O design da roda d'água evoluiu ao longo do tempo com algumas rodas d'água orientadas verticalmente, algumas horizontalmente e outras com polias e engrenagens elaboradas, mas todas são projetadas para fazer a mesma função e também “converter o movimento linear da água em movimento em um movimento rotativo que pode ser usado para acionar qualquer máquina conectada a ela por meio de um eixo rotativo”.

Projeto típico de roda d'água
Os primeiros projetos da roda d'água eram máquinas bastante primitivas e simples, consistindo em uma roda de madeira vertical com lâminas de madeira ou baldes fixados igualmente ao redor de sua circunferência, todos apoiados em um eixo horizontal com a força da água fluindo por baixo dela, empurrando a roda em uma direção tangencial contra as lâminas .
Essas rodas d'água verticais eram muito superiores ao projeto anterior da roda d'água horizontal dos antigos gregos e egípcios, porque podiam operar com mais eficiência, traduzindo o momento da água em movimento em energia.Polias e engrenagens foram então fixadas à roda d'água, o que permitiu a mudança de direção de um eixo giratório de horizontal para vertical para operar mós, serrar madeira, triturar minério, estampar e cortar etc.

Tipos de projeto de roda d'água
A maioria das rodas d'água também conhecidas como moinhos de água ou simplesmente rodas d'água, são rodas montadas verticalmente girando em torno de um eixo horizontal, e esses tipos de rodas d'água são classificados pela maneira como a água é aplicada à roda, em relação ao eixo da roda.Como você pode esperar, as rodas d'água são máquinas relativamente grandes que giram em baixas velocidades angulares e têm baixa eficiência, devido a perdas por atrito e enchimento incompleto das caçambas, etc.
A ação da água empurrando os baldes ou pás das rodas desenvolve torque no eixo, mas direcionando a água para essas pás e baldes de diferentes posições na roda, a velocidade de rotação e sua eficiência podem ser melhoradas.Os dois tipos mais comuns de projeto de roda d'água são a "roda d'água inferior" e a "roda d'água overshot".

Projeto de roda d'água inferior
O Undershot Water Wheel Design, também conhecido como "roda de corrente", foi o tipo de roda d'água mais usado pelos antigos gregos e romanos, pois é o tipo de roda mais simples, barato e fácil de construir.
Neste tipo de projeto de roda d'água, a roda é simplesmente colocada diretamente em um rio de fluxo rápido e apoiada por cima.O movimento da água abaixo cria uma ação de empurrar contra as pás submersas na parte inferior da roda, permitindo que ela gire em uma direção apenas em relação à direção do fluxo da água.
Este tipo de projeto de roda d'água é geralmente usado em áreas planas sem inclinação natural do terreno ou onde o fluxo de água é suficientemente rápido.Comparado com os outros projetos de roda d'água, esse tipo de projeto é muito ineficiente, com apenas 20% da energia potencial da água sendo usada para realmente girar a roda.Além disso, a energia das águas é usada apenas uma vez para girar a roda, após o que ela flui com o restante da água.
Outra desvantagem da roda d'água inferior é que ela requer grandes quantidades de água se movendo em velocidade.Portanto, as rodas d'água submersas geralmente estão situadas nas margens dos rios, pois córregos ou córregos menores não têm energia potencial suficiente na água em movimento.
Uma maneira de melhorar ligeiramente a eficiência de uma roda d'água é desviar uma porcentagem da água no rio ao longo de um canal ou duto estreito, de modo que 100% da água desviada seja usada para girar a roda.Para conseguir isso, a roda inferior deve ser estreita e encaixar com muita precisão dentro do canal para evitar que a água escape pelas laterais ou aumentando o número ou o tamanho das pás.

Projeto de roda d'água ultrapassada
O Overshot Water Wheel Design é o tipo mais comum de design de roda d'água.A roda d'água overshot é mais complicada em sua construção e design do que a roda d'água anterior, pois usa baldes ou pequenos compartimentos para capturar e reter a água.
Esses baldes se enchem de água que flui na parte superior da roda.O peso gravitacional da água nos baldes cheios faz com que a roda gire em torno de seu eixo central à medida que os baldes vazios do outro lado da roda ficam mais leves.
Este tipo de roda d'água usa a gravidade para melhorar a saída, bem como a própria água, portanto, as rodas d'água overshot são muito mais eficientes do que os projetos undershot, pois quase toda a água e seu peso estão sendo usados ​​para produzir potência de saída.No entanto, como antes, a energia das águas é usada apenas uma vez para girar a roda, após o que ela flui com o restante da água.
As rodas d'água ultrapassadas são suspensas acima de um rio ou córrego e geralmente são construídas nas encostas das colinas fornecendo um suprimento de água de cima com uma queda (a distância vertical entre a água no topo e o rio ou córrego abaixo) entre 5 a -20 metros.Uma pequena represa ou represa pode ser construída e usada para canalizar e aumentar a velocidade da água para o topo da roda, dando-lhe mais energia, mas é o volume de água e não sua velocidade que ajuda a girar a roda.

Geralmente, as rodas d'água ultrapassadas são construídas o maior possível para fornecer a maior distância de cabeça possível para o peso gravitacional da água girar a roda.No entanto, rodas d'água de grande diâmetro são mais complicadas e caras de construir devido ao peso da roda e da água.
Quando os baldes individuais estão cheios de água, o peso gravitacional da água faz com que a roda gire na direção do fluxo de água.À medida que o ângulo de rotação se aproxima do fundo da roda, a água dentro do balde deságua no rio ou córrego abaixo, mas o peso dos baldes girando atrás dele faz com que a roda continue com sua velocidade de rotação.O balde vazio continua em torno da roda giratória até voltar ao topo novamente pronto para ser enchido com mais água e o ciclo se repete.Uma das desvantagens de um projeto de roda d'água ultrapassada é que a água é usada apenas uma vez à medida que flui sobre a roda.

O design da roda d'água Pitchback
O Pitchback Water Wheel Design é uma variação da roda d'água anterior, pois também usa o peso gravitacional da água para ajudar a girar a roda, mas também usa o fluxo das águas residuais abaixo dela para dar um empurrão extra.Este tipo de projeto de roda d'água usa um sistema de alimentação de cabeça baixa que fornece a água perto do topo da roda de uma cuba acima.
Ao contrário da roda d'água overshot que canalizou a água diretamente sobre a roda fazendo com que ela gire na direção do fluxo da água, a roda d'água de pitchback alimenta a água verticalmente para baixo através de um funil e no balde abaixo fazendo com que a roda gire no sentido oposto direção ao fluxo da água acima.
Assim como a roda d'água anterior, o peso gravitacional da água nos baldes faz com que a roda gire, mas no sentido anti-horário.À medida que o ângulo de rotação se aproxima da parte inferior da roda, a água retida dentro dos baldes é esvaziada por baixo.Como o balde vazio é preso à roda, ele continua girando com a roda como antes até voltar ao topo novamente, pronto para ser enchido com mais água e o ciclo se repete.
A diferença desta vez é que a água residual esvaziada do balde giratório flui na direção da roda giratória (já que não tem para onde ir), semelhante ao princípio da roda d'água submersa.Assim, a principal vantagem da roda d'água de pitchback é que ela usa a energia da água duas vezes, uma de cima e outra de baixo para girar a roda em torno de seu eixo central.
O resultado é que a eficiência do projeto da roda d'água é grandemente aumentada para mais de 80% da energia das águas, pois é impulsionada tanto pelo peso gravitacional da água que entra quanto pela força ou pressão da água direcionada para os baldes de cima, como bem como o fluxo das águas residuais abaixo empurrando contra os baldes.A desvantagem, porém, de uma roda d'água de pitchback é que ela precisa de um arranjo de abastecimento de água um pouco mais complexo diretamente acima da roda com calhas e canaletas.

O design da roda d'água do peito
O projeto da roda d'água Breastshot é outro projeto de roda d'água montado verticalmente, onde a água entra nos baldes na metade da altura do eixo, ou logo acima dela, e depois flui na parte inferior na direção da rotação das rodas.Geralmente, a roda d'água de peito é usada em situações em que a altura da água é insuficiente para alimentar um projeto de roda d'água overshot ou pitchback de cima.
A desvantagem aqui é que o peso gravitacional da água é usado apenas para cerca de um quarto da rotação, ao contrário de anteriormente, que era para metade da rotação.Para superar essa baixa altura da cabeça, os baldes das rodas d'água são mais largos para extrair a quantidade necessária de energia potencial da água.
As rodas d'água de peito usam aproximadamente o mesmo peso gravitacional da água para girar a roda, mas como a altura da cabeça da água é cerca de metade da de uma roda d'água típica, os baldes são muito mais largos do que os projetos anteriores de roda d'água para aumentar o volume da água preso nos baldes.A desvantagem deste tipo de projeto é um aumento na largura e no peso da água transportada por cada balde.Tal como acontece com o design pitchback, a roda de peito usa a energia da água duas vezes, pois a roda d'água é projetada para ficar na água, permitindo que a água residual ajude na rotação da roda à medida que flui para baixo.

Gerar eletricidade usando uma roda d'água
Historicamente, as rodas de água têm sido usadas para moagem de farinha, cereais e outras tarefas mecânicas.Mas as rodas d'água também podem ser usadas para a geração de eletricidade, chamada de sistema hidrelétrico.Ao conectar um gerador elétrico ao eixo giratório das rodas d'água, direta ou indiretamente usando correias de transmissão e polias, as rodas d'água podem ser usadas para gerar energia continuamente 24 horas por dia, ao contrário da energia solar.Se a roda d'água for projetada corretamente, um sistema hidrelétrico pequeno ou “micro” pode produzir eletricidade suficiente para alimentar a iluminação e/ou aparelhos elétricos em uma casa comum.
Procure geradores de roda d'água projetados para produzir sua saída ideal em velocidades relativamente baixas.Para projetos pequenos, um pequeno motor CC pode ser usado como gerador de baixa velocidade ou alternador automotivo, mas eles são projetados para funcionar em velocidades muito mais altas, portanto, alguma forma de engrenagem pode ser necessária.Um gerador de turbina eólica é um gerador de roda d'água ideal, pois é projetado para operação de baixa velocidade e alto rendimento.
Se houver um rio ou córrego bastante rápido perto de sua casa ou jardim que você possa usar, um sistema de energia hidrelétrica de pequena escala pode ser uma alternativa melhor para outras formas de fontes de energia renovável, como “Energia Eólica” ou “Energia Solar”. ” pois tem muito menos impacto visual.Também, assim como a energia eólica e solar, com um sistema de geração de roda d'água de pequena escala conectado à rede conectado à rede de serviços públicos local, qualquer eletricidade que você gerar, mas não usar, pode ser vendida de volta à empresa de eletricidade.
No próximo tutorial sobre Energia Hídrica, veremos os diferentes tipos de turbinas disponíveis que podemos anexar ao nosso projeto de roda d'água para geração de energia hidrelétrica.Para obter mais informações sobre o Waterwheel Design e como gerar sua própria eletricidade usando a energia da água, ou obter mais informações sobre energia hidrelétrica sobre os vários projetos de waterwheel disponíveis, ou para explorar as vantagens e desvantagens da hidroenergia, clique aqui para solicitar sua cópia da Amazônia hoje sobre os princípios e construção de rodas d'água que podem ser usadas para gerar eletricidade.