Microhydro/es

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La energía hidroeléctrica consiste en la conversión de la energía del agua en movimiento en energía eléctrica o mecánica mediante una turbina o rueda hidráulica. Desde sistemas domésticos construidos con piezas de automóviles recicladas, hasta proyectos a gran escala como los del río Colorado en el oeste de Estados Unidos, se está aprovechando la energía del agua que fluye cuesta abajo. El tamaño y la aplicación de un sistema hidroeléctrico pueden variar considerablemente. Los sistemas microhidroeléctricos son aquellos que no son de gran escala. La construcción de una presa en un río generalmente no se considera microhidroeléctrica, pero desviar parcialmente un arroyo hacia un embalse y dirigir el agua hacia una pequeña turbina hidroeléctrica o rueda Pelton se ajusta más al concepto de microhidroeléctrica.

El siguiente artículo ofrece una breve descripción general de los aspectos y consideraciones más técnicos necesarios para diseñar y construir un sistema microhidroeléctrico.

Tenga en cuenta que estos son promedios, ya que muchas comunidades diferentes clasifican la energía hidroeléctrica de manera algo distinta.

La cantidad de energíamiliberado al bajar un objeto de masametropor una alturahen un campo gravitatorio es ^{[ 2 ]} :

mi=metrogramohdóndegramoes la aceleración debida a la gravedad.

Al convertir estas unidades, una ecuación de campo común para medir la potencia máxima disponible en una masa de agua en movimiento es:

PAGmetroaincógnita=Qmetroaincógnita*Hmetroaincógnita*mimetroaincógnitaK

Dónde:

• P _máx = Potencia máxima disponible (kW)
• Q _máx = Caudal (Volumen/tiempo)
• H _máx = Altura (Caída vertical en pies)
• e _max = Eficiencia de la turbina (utilice un valor de 1 para la potencia máxima disponible)
• K = Factor de conversión de unidades (ver tabla a continuación para algunos valores comunes)

Para hallar la potencia real que obtendrá de esa masa de agua en movimiento, calcule P _neta con los siguientes cambios realizados.

PAGnortemit=Qnortemit*Hnortemit*minortemitK

Dónde:

• P _neta = Potencia neta extraída del río, sin incluir las pérdidas en el suministro desde la central eléctrica hasta la carga (kW)
• Q _neto = Caudal (Volumen/tiempo) - Solo se toma una parte del caudal máximo (% del caudal total ₎ . Para corrientes delicadas, esto puede representar un pequeño porcentaje del caudal total.
  • Q _neta = Q _máx * % _tomada
• H _neta = Altura (Caída vertical en pies): Esta es la altura real disponible debido a las pérdidas por fricción. Calcule la pérdida por fricción utilizando tablas basadas en los materiales que utilice para la desviación (por ejemplo, PVC).
  • Determine la longitud equivalente de la tubería sumando la longitud real de la tubería y las longitudes equivalentes de los accesorios según las tablas que utilizan el tamaño de la tubería.
  • Calcule el coeficiente de pérdida de presión por fricción (FPL) en pies de _pérdida /pie _{de tubería} en función del caudal y el tamaño de la tubería.
  • _{Calcular la pérdida} H = longitud equivalente de tubería * FPL

H _neto = H _máximo - H _pérdida

• e _neta = Eficiencia de la turbina: siempre entre 0 y 1, generalmente entre 0,5 y 0,9, dependiendo del tipo de turbina y el caudal. Un valor de 0,78 es una buena estimación para turbinas modernas en condiciones promedio.
• K = Factor de conversión de unidades (consulte la tabla anterior para ver algunos valores comunes).

Tenga en cuenta que estas ecuaciones son estáticas en el tiempo. Debe ejecutarlas con una resolución suficientemente alta para cubrir períodos de variación (por ejemplo, datos mensuales de ríos).

Probablemente la tecnología más accesible para la energía hidroeléctrica sea la rueda hidráulica ^W. Se puede construir completamente con materiales locales. Solo es necesario traer el generador. Para sistemas pequeños, se puede usar un motor modificado o un alternador de automóvil.

• La rueda hidráulica vertical de paletas inferiores es la más adecuada para situaciones de baja altura de caída, aunque sea la menos eficiente de todas. Se recomienda evitar la construcción de una rueda de paletas inferiores con cangilones rectos y optar por una rueda Poncelet o una rueda Zuppinger, ya que ambas pueden duplicar la eficiencia. Estas últimas tienen una eficiencia de alrededor del 30%, pero con un sistema cerrado como el de paletas frontales, alcanzan hasta un 70%.
• El siguiente paso es la inyección de agua a presión, cuando la cabeza tiene el tamaño adecuado. En este caso, el agua entra a una altura similar a la del eje. Su construcción es más compleja y requiere una estructura que envuelva la rueda para funcionar con alta eficiencia. Si se realiza correctamente, aprovecha el peso del agua y su impulso. Puede alcanzar una eficiencia de aproximadamente el 85% si está bien construida.
• La rueda hidráulica de descarga superior requiere la mayor altura de caída. En condiciones óptimas con cangilones de acero, puede alcanzar una eficiencia de hasta el 80%.
• La rueda de descarga trasera puede considerarse una combinación entre una rueda de descarga frontal y una rueda de sobreimpulso. El agua entra por la parte superior de la rueda, pero los álabes son como los de una rueda de descarga frontal. El sentido de rotación es el mismo que en una rueda de descarga frontal. Su eficiencia puede superar la de la rueda de descarga frontal.
• Las ruedas hidráulicas horizontales, además de las piezas de museo, se encuentran hoy en día principalmente en la región del Himalaya en forma de ghatta. Esta versión es una forma primitiva de turbina.

La única máquina que se puede construir sin acceso a equipos de fundición de metales ni a una fresadora 3D es la turbina de flujo cruzado. Las únicas herramientas avanzadas necesarias son un soplete de corte y un equipo de soldadura. Las materias primas necesarias son chapa metálica y tubería metálica. Encontrará información sobre cómo construir una turbina de flujo cruzado en el sitio web de CD3WD (consulte la sección Recursos).

Para fabricar rotores para turbinas Pelton o Turgo pequeñas, es necesario tener acceso a una fresadora 3D, a un taller de fundición o construir uno. En este último caso, el mayor problema probablemente sea obtener información sobre cómo construir un molde para un rotor adecuado. Para más información, consulte Fundición (Metal).

• http://www.microhydropower.net/
  • Consulta sus estudios de caso (en el menú desplegable de recursos). Evita sus secciones teóricas.
• http://web.archive.org/web/20120625055734/https://homepower.com/basics/hydro/
  • Excelentes conceptos básicos sobre microhidroeléctrica de la revista Home Power.
• http://web.archive.org/web/20151118040713/http://www.retscreen.net:80/download.php/ang/109/0/Textbook_HYDRO.pdf
  • Excelente libro de texto sobre pequeñas instalaciones hidroeléctricas.
  • También disponen de datos, estudios de caso y herramientas para el análisis de proyectos. Para más información, visite http://www.retscreen.net/ang/g_small.php .
• wikipedia:Energía hidroeléctrica y wikipedia:microhidroeléctrica
  • Más información en Wikipedia.
• Microhidroeléctrica
  • Un directorio visual de recursos microhidroeléctricos del Directorio de Energías Renovables .
• Ejemplos de microcentrales hidroeléctricas de CC y ejemplos de microcentrales hidroeléctricas de CA
  • Un recurso excelente con imágenes, estadísticas y una descripción general de los elementos necesarios para la microhidroeléctrica.
• CD3WD - Ayudando al Tercer Mundo a ayudarse a sí mismo
  • Un sitio web que recopila artículos de ONG y otras organizaciones y los graba en CD. Las imágenes de estos CD se pueden descargar desde su sitio web. Los CD que he identificado que contienen información sobre energía hidroeléctrica son cd3wd407 y cd3wd430.
• Potencia versus diámetro de la tubería
  • Gráfico interactivo en tiempo real de potencia frente al diámetro de la tubería para distintos caudales (de 0 a 150 GPM). Longitud de la tubería y número de accesorios personalizables.
• Premios Ashden
  • Impresionantes estudios de caso con vídeos de los Premios Ashden .

• Wikipedia:Microhidro