জলবিদ্যুৎ প্রকল্পের জন্য জলচক্রের নকশা

জলবিদ্যুৎ শক্তির জন্য জলচক্রের নকশা
জলবিদ্যুৎ হলো এমন একটি প্রযুক্তি যা চলমান জলের গতিশক্তিকে যান্ত্রিক বা বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে, এবং চলমান জলের শক্তিকে ব্যবহারযোগ্য কাজে রূপান্তর করার জন্য ব্যবহৃত প্রাচীনতম যন্ত্রগুলোর মধ্যে একটি ছিল জলচক্র নকশা।
সময়ের সাথে সাথে জলচক্রের নকশার বিবর্তন ঘটেছে; কিছু জলচক্র উল্লম্বভাবে, কিছু অনুভূমিকভাবে এবং কিছুর সাথে জটিল পুলি ও গিয়ার সংযুক্ত থাকে, কিন্তু এগুলোর সবই একই কাজ করার জন্য নকশা করা হয়েছে এবং তা হলো, “প্রবাহিত জলের রৈখিক গতিকে এমন একটি ঘূর্ণন গতিতে রূপান্তরিত করা, যা একটি ঘূর্ণায়মান শ্যাফটের মাধ্যমে এর সাথে সংযুক্ত যেকোনো যন্ত্রকে চালনা করতে ব্যবহার করা যায়”।

জলচক্রের সাধারণ নকশা
আদি জলচক্রের নকশাগুলো ছিল বেশ আদিম ও সরল যন্ত্র। এতে একটি উল্লম্ব কাঠের চাকা থাকত, যার পরিধি বরাবর সমানভাবে কাঠের ব্লেড বা বালতি লাগানো থাকত এবং এই পুরো কাঠামোটি একটি আনুভূমিক দণ্ডের উপর স্থাপিত থাকত। এর নিচ দিয়ে প্রবাহিত জলের শক্তি চাকাটিকে স্পর্শকীয় দিকে ব্লেডগুলোর বিপরীতে ঠেলে দিত।
এই উল্লম্ব জলচক্রগুলো প্রাচীন গ্রীক ও মিশরীয়দের তৈরি পূর্ববর্তী অনুভূমিক জলচক্রের নকশার চেয়ে অনেক বেশি উন্নত ছিল, কারণ এগুলো চলমান জলের ভরবেগকে শক্তিতে রূপান্তরিত করে আরও দক্ষতার সাথে কাজ করতে পারত। এরপর জলচক্রের সাথে পুলি এবং গিয়ারিং সংযুক্ত করা হয়, যা জাঁতাকল চালানো, কাঠ চেরাই করা, আকরিক চূর্ণ করা, চাপ দেওয়া এবং কাটার মতো কাজ করার জন্য একটি ঘূর্ণায়মান দণ্ডের দিক অনুভূমিক থেকে উল্লম্বভাবে পরিবর্তন করতে সাহায্য করত।

জলচক্রের নকশার প্রকারভেদ
বেশিরভাগ জলচক্র, যা জলকল বা সংক্ষেপে জলচক্র নামেও পরিচিত, হলো উল্লম্বভাবে স্থাপিত চাকা যা একটি অনুভূমিক অক্ষের চারপাশে ঘোরে। এই ধরনের জলচক্রকে চাকার অক্ষের সাপেক্ষে, চাকায় জল প্রয়োগের পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। যেমনটা আশা করা যায়, জলচক্র তুলনামূলকভাবে বড় যন্ত্র যা কম কৌণিক গতিতে ঘোরে এবং ঘর্ষণজনিত ক্ষতি ও বালতি অসম্পূর্ণভাবে পূর্ণ হওয়া ইত্যাদির কারণে এর কর্মদক্ষতা কম।
চাকার বালতি বা প্যাডেলের উপর জলের ধাক্কার ফলে অক্ষদণ্ডে টর্ক সৃষ্টি হয়, কিন্তু চাকার বিভিন্ন অবস্থান থেকে এই প্যাডেল ও বালতিগুলিতে জল চালনা করে ঘূর্ণনের গতি এবং এর কার্যকারিতা উন্নত করা যায়। জলচক্রের নকশার দুটি সবচেয়ে সাধারণ প্রকার হলো “আন্ডারশট ওয়াটারহুইল” এবং “ওভারশট ওয়াটারহুইল”।

আন্ডারশট জলচক্র ডিজাইন
আন্ডারশট জলচক্র নকশা, যা “প্রবাহ চাকা” নামেও পরিচিত, প্রাচীন গ্রীক এবং রোমানদের দ্বারা নকশা করা সবচেয়ে প্রচলিত জলচক্র ছিল, কারণ এটি নির্মাণ করার জন্য সবচেয়ে সরল, সস্তা এবং সহজতম চাকা।
এই ধরনের জলচক্রের নকশায়, চাকাটিকে সরাসরি একটি দ্রুত প্রবাহিত নদীতে স্থাপন করা হয় এবং উপর থেকে ঠেস দিয়ে রাখা হয়। নীচের জলের গতি চাকার নীচের অংশে থাকা নিমজ্জিত প্যাডেলগুলির উপর একটি ধাক্কার সৃষ্টি করে, যার ফলে এটি জলের প্রবাহের দিকের সাপেক্ষে কেবল এক দিকেই ঘুরতে পারে।
এই ধরনের জলচক্রের নকশা সাধারণত সমতল এলাকায় ব্যবহৃত হয় যেখানে কোনো প্রাকৃতিক ঢাল নেই অথবা যেখানে জলের প্রবাহ যথেষ্ট দ্রুত। অন্যান্য জলচক্রের নকশার তুলনায়, এই ধরনের নকশা খুবই অদক্ষ, কারণ চাকাটি ঘোরানোর জন্য জলের স্থিতিশক্তির মাত্র ২০% ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও, জলের শক্তি চাকাটি ঘোরানোর জন্য কেবল একবারই ব্যবহৃত হয়, যার পরে তা বাকি জলের সাথে বয়ে যায়।
আন্ডারশট ওয়াটার হুইলের আরেকটি অসুবিধা হলো, এর জন্য দ্রুত গতিতে প্রবাহিত প্রচুর পরিমাণে জলের প্রয়োজন হয়। তাই, আন্ডারশট ওয়াটার হুইল সাধারণত নদীর তীরে স্থাপন করা হয়, কারণ ছোট স্রোত বা ঝর্ণার চলমান জলে যথেষ্ট স্থিতিশক্তি থাকে না।
একটি আন্ডারশট ওয়াটারহুইলের কর্মদক্ষতা সামান্য উন্নত করার একটি উপায় হলো নদীর জলের একটি নির্দিষ্ট শতাংশকে একটি সংকীর্ণ প্রণালী বা নালীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করা, যাতে প্রবাহিত জলের ১০০% চাকাটি ঘোরাতে ব্যবহৃত হয়। এটি অর্জন করার জন্য, আন্ডারশট চাকাটিকে সংকীর্ণ হতে হবে এবং প্রণালীর মধ্যে খুব নিখুঁতভাবে স্থাপন করতে হবে, যাতে জল পাশ দিয়ে বেরিয়ে যেতে না পারে, অথবা প্যাডেলের সংখ্যা বা আকার বৃদ্ধি করতে হবে।

ওভারশট জলচক্র ডিজাইন
ওভারশট ওয়াটার হুইল ডিজাইন হলো জলচক্রের সবচেয়ে প্রচলিত নকশা। পূর্ববর্তী আন্ডারশট ওয়াটার হুইলের তুলনায় ওভারশট ওয়াটার হুইল নির্মাণ ও নকশার দিক থেকে অধিক জটিল, কারণ এটি জল ধরা ও ধরে রাখার জন্য বালতি বা ছোট প্রকোষ্ঠ ব্যবহার করে।
চাকার উপরের অংশ থেকে আসা জলে এই বালতিগুলো ভরে যায়। ভরা বালতিগুলোর জলের মহাকর্ষীয় ওজনের কারণে চাকাটি তার কেন্দ্রীয় অক্ষের চারপাশে ঘুরতে থাকে এবং একই সাথে চাকার অপর পাশের খালি বালতিগুলো হালকা হতে থাকে।
এই ধরনের জলচক্র উৎপাদন বাড়াতে মাধ্যাকর্ষণ শক্তি এবং জল উভয়কেই ব্যবহার করে। তাই ওভারশট জলচক্র আন্ডারশট নকশার চেয়ে অনেক বেশি কার্যকর, কারণ এতে প্রায় সমস্ত জল এবং তার ওজন শক্তি উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়। তবে আগের মতোই, জলের শক্তি চাকাটিকে ঘোরানোর জন্য কেবল একবারই ব্যবহৃত হয়, যার পরে তা বাকি জলের সাথে বয়ে যায়।
ওভারশট ওয়াটারহুইল নদী বা খালের উপরে ঝুলিয়ে রাখা হয় এবং সাধারণত পাহাড়ের ঢালে তৈরি করা হয়। এটি উপর থেকে ৫ থেকে ২০ মিটারের কম হেড (উপরের জল এবং নীচের নদী বা খালের মধ্যে উল্লম্ব দূরত্ব) সহ জল সরবরাহ করে। চাকার শীর্ষে জলকে চালিত করতে এবং এর গতি বাড়াতে একটি ছোট বাঁধ বা উইয়ার তৈরি ও ব্যবহার করা যেতে পারে, যা চাকাটিকে আরও শক্তি জোগায়, কিন্তু চাকাটিকে ঘোরাতে জলের গতি নয়, বরং জলের পরিমাণই বেশি সাহায্য করে।

সাধারণত, ওভারশট জলচক্রগুলো যথাসম্ভব বড় করে তৈরি করা হয়, যাতে পানির মহাকর্ষীয় ওজন চাকাটিকে ঘোরানোর জন্য সর্বোচ্চ সম্ভাব্য উচ্চতা দূরত্ব প্রদান করতে পারে। তবে, চাকা এবং পানির ওজনের কারণে বড় ব্যাসের জলচক্র নির্মাণ করা আরও জটিল এবং ব্যয়বহুল।
যখন বালতিগুলো জলে পূর্ণ হয়, তখন জলের মহাকর্ষীয় ওজনের কারণে চাকাটি জলের প্রবাহের দিকে ঘুরতে থাকে। ঘূর্ণন কোণ যখন চাকার নীচের অংশের কাছাকাছি আসে, তখন বালতির ভেতরের জল নীচের নদী বা স্রোতে খালি হয়ে যায়, কিন্তু এর পিছনে ঘূর্ণায়মান বালতিগুলোর ওজনের কারণে চাকাটি তার ঘূর্ণন গতি বজায় রাখে। খালি বালতিটি ঘূর্ণায়মান চাকাটিকে প্রদক্ষিণ করতে থাকে যতক্ষণ না এটি আবার উপরে উঠে আসে এবং আরও জল দিয়ে পূর্ণ হওয়ার জন্য প্রস্তুত হয়, এবং এই চক্রটি পুনরাবৃত্তি হতে থাকে। ওভারশট ওয়াটারহুইল ডিজাইনের একটি অসুবিধা হলো, জল চাকার উপর দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার সময় কেবল একবারই ব্যবহৃত হয়।

পিচব্যাক জলচক্রের নকশা
পিচব্যাক ওয়াটার হুইল ডিজাইন হলো পূর্ববর্তী ওভারশট ওয়াটার হুইলের একটি ভিন্ন রূপ, কারণ এটি চাকা ঘোরানোর জন্য পানির মহাকর্ষীয় ওজন ব্যবহার করার পাশাপাশি অতিরিক্ত ধাক্কা দেওয়ার জন্য এর নিচের বর্জ্য পানির প্রবাহকেও কাজে লাগায়। এই ধরনের ওয়াটার হুইল ডিজাইনে একটি লো-হেড ইনফিড সিস্টেম ব্যবহার করা হয়, যা ওপরের একটি পেন্ট্রফ থেকে চাকার শীর্ষের কাছাকাছি পানি সরবরাহ করে।
ওভারশট ওয়াটারহুইলের বিপরীতে, যা জলকে সরাসরি চাকার উপর দিয়ে প্রবাহিত করে চাকাটিকে জলের প্রবাহের দিকে ঘোরাতো, পিচব্যাক ওয়াটারহুইল একটি ফানেলের মাধ্যমে জলকে উল্লম্বভাবে নিচের দিকে নীচের বালতিতে পাঠায়, যার ফলে চাকাটি উপরের জলের প্রবাহের বিপরীত দিকে ঘোরে।
আগের ওভারশট ওয়াটারহুইলের মতোই, বালতিতে থাকা জলের মহাকর্ষীয় ওজনের কারণে চাকাটি ঘোরে, তবে তা ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে। ঘূর্ণন কোণ যখন চাকাটির নিচের অংশের কাছাকাছি আসে, তখন বালতিগুলোর ভেতরে আটকে থাকা জল নিচে খালি হয়ে যায়। যেহেতু খালি বালতিটি চাকার সাথে সংযুক্ত থাকে, তাই এটি আগের মতোই চাকার সাথে ঘুরতে থাকে যতক্ষণ না এটি আবার উপরে উঠে আসে এবং আরও জল দিয়ে পূর্ণ হওয়ার জন্য প্রস্তুত হয়, এবং এই চক্রটি পুনরাবৃত্তি হতে থাকে।
এবারের পার্থক্য হলো, ঘূর্ণায়মান বালতি থেকে খালি হওয়া বর্জ্য জল আন্ডারশট ওয়াটারহুইল নীতির মতোই ঘূর্ণায়মান চাকার দিকে প্রবাহিত হয় (কারণ এর আর কোথাও যাওয়ার জায়গা থাকে না)। সুতরাং, পিচব্যাক ওয়াটারহুইলের প্রধান সুবিধা হলো এটি চাকাটিকে তার কেন্দ্রীয় অক্ষের চারপাশে ঘোরানোর জন্য জলের শক্তিকে দুইবার ব্যবহার করে—একবার উপর থেকে এবং একবার নিচ থেকে।
এর ফলে, জলচক্রের নকশার কার্যকারিতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং জলের শক্তির ৮০%-এরও বেশি ব্যবহৃত হয়, কারণ এটি আগত জলের মহাকর্ষীয় ওজন, উপর থেকে বালতিতে প্রযুক্ত জলের বল বা চাপ এবং নীচের বর্জ্য জলের প্রবাহ দ্বারা চালিত হয়, যা বালতিগুলোকে ধাক্কা দেয়। তবে, পিচব্যাক জলচক্রের অসুবিধা হলো, এর জন্য চাকার ঠিক উপরে চুট এবং পেন্ট্রফ সহ কিছুটা জটিল জল সরবরাহ ব্যবস্থার প্রয়োজন হয়।

ব্রেস্টশট জলচক্র ডিজাইন
ব্রেস্টশট ওয়াটার হুইল ডিজাইন হলো আরেকটি উল্লম্বভাবে স্থাপিত জলচক্রের নকশা, যেখানে জল অ্যাক্সেলের উচ্চতার প্রায় অর্ধেক পথ বা তার ঠিক উপরে বালতিতে প্রবেশ করে এবং তারপর চাকার ঘূর্ণনের দিকে নীচ থেকে বেরিয়ে যায়। সাধারণত, ব্রেস্টশট ওয়াটার হুইল এমন পরিস্থিতিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে উপর থেকে ওভারশট বা পিচব্যাক ওয়াটার হুইল চালানোর জন্য জলের চাপ অপর্যাপ্ত থাকে।
এখানে অসুবিধা হলো যে, পানির মহাকর্ষীয় ওজন ঘূর্ণনের মাত্র এক-চতুর্থাংশের জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে আগে এটি অর্ধেক ঘূর্ণনের জন্য ব্যবহৃত হতো। এই কম উচ্চতা কাটিয়ে ওঠার জন্য, পানি থেকে প্রয়োজনীয় পরিমাণ স্থিতিশক্তি আহরণ করতে জলচক্রের বালতিগুলো আরও চওড়া করে তৈরি করা হয়।
ব্রেস্টশট জলচক্র চাকা ঘোরানোর জন্য পানির প্রায় একই মহাকর্ষীয় ওজন ব্যবহার করে, কিন্তু যেহেতু পানির শীর্ষ উচ্চতা একটি সাধারণ ওভারশট জলচক্রের প্রায় অর্ধেক, তাই বালতিতে ধরা পানির পরিমাণ বাড়ানোর জন্য এর বালতিগুলো পূর্ববর্তী জলচক্রের নকশাগুলোর চেয়ে অনেক বেশি চওড়া হয়। এই ধরনের নকশার অসুবিধা হলো প্রতিটি বালতি দ্বারা বাহিত পানির প্রস্থ এবং ওজন বৃদ্ধি পাওয়া। পিচব্যাক নকশার মতোই, ব্রেস্টশট চাকা পানির শক্তি দ্বিগুণ ব্যবহার করে, কারণ জলচক্রটি পানিতে স্থির থাকার জন্য নকশা করা হয়, যা বর্জ্য পানিকে স্রোতের সাথে ভাটির দিকে প্রবাহিত হয়ে চাকা ঘোরাতে সাহায্য করে।

জলচক্র ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন করুন
ঐতিহাসিকভাবে জলচক্র আটা, শস্য পেষণ এবং এই জাতীয় অন্যান্য যান্ত্রিক কাজের জন্য ব্যবহৃত হয়ে আসছে। কিন্তু জলচক্র বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে, যাকে জলবিদ্যুৎ ব্যবস্থা বলা হয়। জলচক্রের ঘূর্ণায়মান দণ্ডের সাথে সরাসরি অথবা ড্রাইভ বেল্ট ও পুলি ব্যবহার করে পরোক্ষভাবে একটি বৈদ্যুতিক জেনারেটর সংযুক্ত করার মাধ্যমে, সৌরশক্তির মতো নয়, জলচক্র দিনে ২৪ ঘণ্টা নিরবচ্ছিন্নভাবে বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে। যদি জলচক্রটি সঠিকভাবে নকশা করা হয়, তবে একটি ছোট বা “মাইক্রো” জলবিদ্যুৎ ব্যবস্থা একটি সাধারণ বাড়ির আলো এবং/অথবা বৈদ্যুতিক সরঞ্জাম চালানোর জন্য যথেষ্ট বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে।
এমন ওয়াটার হুইল জেনারেটর খুঁজুন যা তুলনামূলকভাবে কম গতিতে সর্বোত্তম আউটপুট দেওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ছোট প্রকল্পের জন্য, কম গতির জেনারেটর হিসেবে একটি ছোট ডিসি মোটর বা গাড়ির অল্টারনেটর ব্যবহার করা যেতে পারে, কিন্তু এগুলো অনেক বেশি গতিতে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, তাই কোনো ধরনের গিয়ারিংয়ের প্রয়োজন হতে পারে। একটি উইন্ড টারবাইন জেনারেটর একটি আদর্শ ওয়াটার হুইল জেনারেটর হিসেবে কাজ করে, কারণ এটি কম গতিতে উচ্চ আউটপুট দেওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
আপনার বাড়ি বা বাগানের কাছাকাছি যদি ব্যবহারের উপযোগী কোনো বেশ দ্রুত প্রবাহিত নদী বা ঝর্ণা থাকে, তাহলে বায়ুশক্তি বা সৌরশক্তির মতো অন্যান্য নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের চেয়ে একটি ছোট আকারের জলবিদ্যুৎ ব্যবস্থা একটি ভালো বিকল্প হতে পারে, কারণ এর দৃশ্যগত প্রভাব অনেক কম। এছাড়াও, বায়ু ও সৌরশক্তির মতোই, স্থানীয় বিদ্যুৎ গ্রিডের সাথে সংযুক্ত একটি গ্রিড-সংযুক্ত ছোট আকারের জলচক্র-ভিত্তিক উৎপাদন ব্যবস্থার মাধ্যমে, আপনার উৎপাদিত কিন্তু অব্যবহৃত বিদ্যুৎ বিদ্যুৎ কোম্পানির কাছে পুনরায় বিক্রি করা যেতে পারে।
জলবিদ্যুৎ শক্তি সম্পর্কিত পরবর্তী টিউটোরিয়ালে, আমরা বিভিন্ন ধরণের টারবাইন নিয়ে আলোচনা করব যা আমরা জলবিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য আমাদের জলচক্রের নকশার সাথে সংযুক্ত করতে পারি। জলচক্রের নকশা এবং জলের শক্তি ব্যবহার করে কীভাবে নিজের বিদ্যুৎ উৎপাদন করা যায় সে সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, অথবা উপলব্ধ বিভিন্ন জলচক্রের নকশা সম্পর্কে আরও জলবিদ্যুৎ শক্তি বিষয়ক তথ্য পেতে, বা জলবিদ্যুৎ শক্তির সুবিধা ও অসুবিধাগুলো জানতে, বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত জলচক্রের নীতি ও নির্মাণ সম্পর্কিত আপনার কপিটি আজই অ্যামাজন থেকে অর্ডার করতে এখানে ক্লিক করুন।