Introdução à Energia Hidrelétrica Residencial
Este artigo apresenta um guia detalhado para a implementação de um sistema micro-hidrelétrico fora da rede elétrica convencional, com capacidade de 300W, ideal para residências. O sistema é projetado para aproveitar fontes de água com fluxo de 15 a 30 galões por minuto e uma queda de aproximadamente 150 pés da fonte até a residência, garantindo uma geração de energia sustentável e eficiente.
Etapa 1: Construção da Caixa de Tela de Entrada
A primeira fase consiste na construção de uma caixa de tela angular, que desempenha um papel crucial na filtragem do fluxo de água proveniente do riacho. Essa estrutura evita que folhas, galhos e detritos maiores entrem no sistema, protegendo componentes internos. A caixa é confeccionada com madeira tratada, utilizando peças de 2×10, 2×4 e 2×8, reforçada com três pontos de fixação de um e quarto de polegada no lado inferior para os tubos de entrada de água em HDPE. Para garantir a vedação, os parafusos externos são utilizados na estrutura e na conexão dos tubos, prevenindo vazamentos.
Após a montagem, a caixa é posicionada no riacho, fixada com âncoras de concreto de três polegadas e meia, e suportada por duas placas para estabilidade adicional.
Etapa 2: Conexão do Barril de Captação de Sedimentos
O próximo passo é estabelecer a ligação entre a caixa de tela e um barril de 55 galões feito de plástico resistente, que atua como uma bacia de contenção de sedimentos. Três tubos de saída conectados à caixa de tela utilizam juntas de borracha Uniseal para garantir uma conexão hermética. Um tubo de 2 polegadas conduz a água ao sistema, enquanto um tubo de transbordamento na parte superior evita sobrecarga, permitindo a saída de excesso de água. Na parte inferior, um tubo de limpeza de três polegadas facilita a manutenção, possibilitando a remoção de lodo e detritos acumulados ao longo do tempo.
Etapa 3: Instalação do Penstock
O Penstock, responsável pelo transporte eficiente da água até a turbina, é composto por um tubo de poliéster de 100 pés de comprimento e 2 polegadas de diâmetro, selecionado por sua resistência à alta pressão. Conecta-se ao barril de captação por meio de um adaptador rosqueado, seguido por uma válvula de esfera de duas polegadas, que permite o controle do fluxo de água. A conexão é reforçada com acessórios de barb e grampos de mangueira, garantindo vedação e segurança operacional.
Etapa 4: Montagem do Tanque de Surto e Medidor de Pressão
Para otimizar o funcionamento do sistema, um medidor de pressão e um tanque de surto são instalados no caminho do fluxo de água. O medidor monitora a pressão e a vazão em tempo real, enquanto o tanque de surto atua como um amortecedor contra picos de pressão (martelo de água), absorvendo impactos que poderiam danificar os componentes hidráulicos. A conexão entre o tubo de saída do barril e o tanque de PVC equipado com manômetro é essencial para manter a estabilidade operacional do sistema.
Etapa 5: Construção do Alojamento da Turbina Micro-Hidrelétrica
Um alojamento resistente, feito de madeira compensada de 3/4 de polegada, mede aproximadamente 2 pés por 2 pés por 1 pé de altura, projetado para acomodar a turbina no centro. A estrutura incorpora uma tampa que pode ser aberta para manutenção e um tubo de drenagem de 3 polegadas passa pelo centro, direcionado para evitar acúmulo de água sob a turbina. A estabilidade da turbina é garantida pelo suporte de madeira 2×4 e pela tampa da caixa, assegurando segurança e facilidade de acesso.
Etapa 6: Instalação da Turbina Turgo
A turbina Turgo, personalizada para a pressão da fonte de água, possui três válvulas de bola e quatro bocais de jato de 1/4 de polegada, permitindo o desligamento seletivo de cada válvula. Essa configuração protege a turbina durante períodos de fluxo reduzido ou manutenção. A roda Pelton, acionada pelo fluxo de água, está conectada a um motor de corrente alternada trifásico, garantindo máxima eficiência na conversão de energia hidráulica em elétrica.
Etapa 7: Fiação e Conexão Elétrica do Sistema
Para conectar a turbina ao sistema elétrico doméstico, utiliza-se um fio de alimentador subterrâneo de 10/3, protegido por um conduíte de uma polegada. O método de instalação inclui a utilização de uma bomba de sucção para puxar o fio pelo conduíte, assegurando uma instalação segura e prática. Uma caixa de junção, localizada no alojamento da turbina, conecta os fios trifásicos ao sistema de distribuição elétrica da residência. Um retificador converte a corrente alternada gerada pela turbina em corrente contínua, essencial para o carregamento das baterias.
Etapa 8: Integração dos Componentes Elétricos e Armazenamento de Energia
O sistema inclui um controlador de carga MPPT (rastreamento do ponto de máxima potência), um inversor de energia, disjuntores e interruptores de desconexão, todos organizados em uma placa de madeira de 2×2 pés com 3 polegadas de espessura. Para proteção térmica, é recomendável a instalação de um dissipador de calor, como uma chapa metálica. As baterias AGM de 12V são conectadas em série, formando um banco de 60V, com os terminais positivos e negativos ligados ao controlador e ao inversor por meio de cabos de 4 AWG. Esses componentes garantem o armazenamento eficiente de energia, possibilitando o fornecimento contínuo de eletricidade para a residência, com a capacidade de isolamento e manutenção facilitada através de comutadores específicos. Finalmente, o inversor converte a energia CC armazenada em energia CA utilizável, alimentando os circuitos domésticos e aparelhos eletrônicos com segurança e eficiência.
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