Energia hidroelektrikorako gurpil hidraulikoaren diseinua
Energia hidroelektrikoa Energia hidroelektrikoa uraren energia zinetikoa energia mekaniko edo elektriko bihurtzen duen teknologia da, eta uraren energia lan erabilgarri bihurtzeko erabilitako lehenengo gailuetako bat gurpil hidraulikoaren diseinua izan zen.
Ur-gurpilen diseinua denboran zehar eboluzionatu egin da, batzuk bertikalki orientatuta, beste batzuk horizontalki eta beste batzuk polea eta engranaje landuekin lotuta, baina guztiak funtzio bera egiteko diseinatuta daude, eta hau ere bada, "mugitzen ari den uraren mugimendu lineala mugimendu birakari bihurtzea, ardatz birakari baten bidez konektatutako edozein makineria mugitzeko erabil daitekeena".
Gurpil hidraulikoen diseinu tipikoa
Hasierako gurpil hidraulikoen diseinuak nahiko makina primitibo eta sinpleak ziren. Makina egurrezko gurpil bertikal bat zuten, zirkunferentzian zehar berdin finkatutako egurrezko palak edo ontziak zituztenak, guztiak ardatz horizontal batean euskarrituta, eta azpitik doan uraren indarrak gurpila norabide tangentzialean paletan bultzatzen zuena.
Gurpil hidrauliko bertikal hauek askoz hobeak ziren antzinako greziarrek eta egiptoarrek egindako lehenagoko gurpil hidrauliko horizontalen diseinuarekin alderatuta, eraginkorrago funtziona baitzuten uraren mugimenduaren momentua potentzia bihurtuz. Ondoren, poleak eta engranajeak gurpil hidraulikoari lotzen zitzaizkion, eta horrek ardatz birakari baten norabidea horizontaletik bertikalera aldatzea ahalbidetzen zuen, errota-harriak erabiltzeko, egurra zerratzeko, mea xehatzeko, estanpatzeko eta mozteko, etab.
Ur-gurpilen diseinu motak
Ur-gurpil gehienak, ur-errotak edo ur-gurpilak bezala ere ezagunak, ardatz horizontal baten inguruan biratzen diren gurpil bertikalki muntatuak dira, eta gurpil mota hauek ura gurpilera nola aplikatzen den arabera sailkatzen dira, gurpilaren ardatzarekiko. Espero bezala, ur-gurpilak makina nahiko handiak dira, abiadura angeluar txikietan biratzen direnak, eta eraginkortasun txikia dutenak, marruskaduragatiko galerak eta ontziak osatu gabe betetzeagatik, etab.
Urak gurpilen, ontzien edo palen kontra bultzatzean duen ekintzak momentua sortzen du ardatzean, baina ura gurpileko posizio desberdinetatik palen eta ontzi horietara zuzenduz, biraketa-abiadura eta eraginkortasuna hobetu daitezke. Gurpil hidraulikoen bi diseinu mota ohikoenak "azpiko gurpila" eta "gaindiko gurpila" dira.
Ur-gurpilaren diseinua Undershot-en
Undershot ur-gurpilaren diseinua, "erreka-gurpila" bezala ere ezagutzen dena, antzinako greziarrek eta erromatarrek diseinatutako gurpil mota ohikoena izan zen, eraikitzeko gurpil mota sinpleena, merkeena eta errazena baita.
Gurpil hidrauliko mota honetan, gurpila zuzenean ibai azkar batean jartzen da eta goitik eusten zaio. Beheko uraren mugimenduak bultzada-ekintza bat sortzen du gurpilaren beheko aldean dauden palen aurka, eta horrek gurpila norabide bakarrean biratzea ahalbidetzen du uraren fluxuaren norabidearekiko.
Gurpil hidrauliko mota hau, oro har, malda naturalik gabeko eremu lauetan edo ur-fluxua nahikoa azkar mugitzen den lekuetan erabiltzen da. Beste gurpil hidraulikoen diseinuekin alderatuta, diseinu mota hau oso eraginkorra ez da, uraren energia potentzialaren % 20 baino ez baita erabiltzen gurpila birarazteko. Gainera, uraren energia behin bakarrik erabiltzen da gurpila birarazteko, eta ondoren, gainerako urarekin batera isurtzen da.
Gurpil hidraulikoen beste desabantaila bat abiadura handian mugitzen den ur kantitate handia behar duela da. Hori dela eta, gurpil hidraulikoak normalean ibaien ertzetan kokatzen dira, erreka txikiagoek ez baitute nahikoa energia potentzial mugitzen ari den uretan.
Gurpil hidrauliko baten eraginkortasuna apur bat hobetzeko modu bat ibaiko uraren ehuneko bat kanal edo hodi estu batetik desbideratzea da, desbideratutako uraren %100 gurpila birarazteko erabil dadin. Horretarako, gurpil hidraulikoa estua izan behar da eta kanalaren barruan oso zehatz egokitu behar da, ura alboetatik ihes ez dadin, edo palen kopurua edo tamaina handituz.
Gainditutako Ur-gurpilaren Diseinua
Gainazalpeko ur-gurpilaren diseinua da ur-gurpil mota ohikoena. Gainazalpeko ur-gurpila aurreko azpiazalpeko ur-gurpila baino konplexuagoa da bere eraikuntzan eta diseinuan, ontziak edo konpartimentu txikiak erabiltzen baititu ura biltzeko eta edukitzeko.
Ontzi hauek gurpilaren goialdetik sartzen den urez betetzen dira. Ontzi beteetan dagoen uraren grabitazio-pisuak gurpila bere ardatz zentralean biratzea eragiten du, gurpilaren beste aldean dauden ontzi hutsak arinagoak bihurtzen diren heinean.
Ur-gurpil mota honek grabitatea erabiltzen du irteera eta ura bera hobetzeko, beraz, gain-gurpilak askoz eraginkorragoak dira gain-gurpilak baino, ia ur guztia eta bere pisua irteerako potentzia sortzeko erabiltzen baitira. Hala ere, lehen bezala, uraren energia behin bakarrik erabiltzen da gurpila birarazteko, eta ondoren gainerako urarekin batera isurtzen da.
Gainazalpeko ur-gurpilak ibai edo erreka baten gainean zintzilik daude eta, oro har, muinoen magalean eraikitzen dira, goitik ur-hornidura emanez, 5 eta 20 metro arteko altuera baxuarekin (goialdean dagoen uraren eta beheko ibai edo errekaren arteko distantzia bertikala). Presa edo presa txiki bat eraiki eta erabil daiteke gurpilaren goialdera ura bideratzeko eta abiadura handitzeko, energia gehiago emanez, baina uraren bolumena da, abiadura baino, gurpila biratzen laguntzen duena.
Oro har, gainjarritako gurpil hidraulikoak ahalik eta handien eraikitzen dira, uraren grabitazio-pisuak gurpila birarazteko ahalik eta distantzia handiena izan dezan. Hala ere, diametro handiko gurpil hidraulikoak konplexuagoak eta garestiagoak dira eraikitzeko, gurpilaren eta uraren pisuagatik.
Banakako ontziak urez betetzen direnean, uraren grabitazio-pisuak gurpila uraren fluxuaren norabidean biratzea eragiten du. Biraketa-angelua gurpilaren behealdera hurbildu ahala, ontziaren barruko ura beheko ibaira edo errekara isurtzen da, baina atzean biratzen ari diren ontzien pisuak gurpila bere biraketa-abiadurarekin jarraitzea eragiten du. Ontzi hutsak biratzen ari den gurpilaren inguruan jarraitzen du berriro gora igo arte, ur gehiagorekin betetzeko prest, eta zikloa errepikatu egiten da. Gainditutako gurpil hidraulikoaren diseinuaren desabantailetako bat da ura behin bakarrik erabiltzen dela gurpilaren gainetik isurtzen den heinean.
Pitchback ur-gurpilaren diseinua
Pitchback ur-gurpilaren diseinua aurreko gainjarritako ur-gurpilaren aldaera bat da, uraren grabitazio-pisua erabiltzen baitu gurpila biratzen laguntzeko, baina azpiko hondakin-uraren fluxua ere erabiltzen baitu bultzada gehigarria emateko. Gurpil mota honek buru baxuko sarrera-sistema bat erabiltzen du, eta horrek ura gurpilaren goialdetik gertu ematen du gaineko putzu batetik.
Gainazal gaineko gurpil hidraulikoak ura zuzenean gurpilaren gainetik bideratzen zuen, uraren fluxuaren norabidean biraraziz, ez bezala, atzerako gurpil hidraulikoak ura bertikalki beherantz elikatzen du inbutu baten bidez eta beheko ontzira, gurpila gaineko uraren fluxuaren kontrako noranzkoan biratzera eraginez.
Aurreko gurpil hidrauliko gainezkatuaren antzera, ontzietan dagoen uraren grabitazio-pisuak gurpila biratzea eragiten du, baina erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan. Biraketa-angelua gurpilaren behealdera hurbiltzen den heinean, ontzietan harrapatutako ura behealdetik husten da. Ontzi hutsa gurpilari lotzen zaionean, gurpilarekin batera biratzen jarraitzen du lehen bezala, berriro gora igo arte, ur gehiagorekin betetzeko prest, eta zikloa errepikatzen da.
Oraingoan aldea da biraka doan ontzitik hustutako hondakin-ura gurpil birakariaren norabidean isurtzen dela (beste inora joan ez duelako), beheko gurpil hidraulikoaren printzipioaren antzera. Beraz, atzeranzko gurpil hidraulikoaren abantaila nagusia da uraren energia bi aldiz erabiltzen duela, behin goitik eta behin behetik, gurpila bere ardatz zentralaren inguruan birarazteko.
Emaitza da gurpil hidraulikoaren diseinuaren eraginkortasuna asko handitzen dela, uraren energiaren % 80 baino gehiagora iritsiz, sarrerako uraren grabitazio-pisuak eta goitik ontzietara zuzendutako uraren indarrak edo presioak bultzatzen baitute, baita beheko hondakin-uren fluxua ontziei bultza egiten dienek ere. Atzera begirako gurpil hidraulikoaren desabantaila, ordea, da gurpilaren gainean zuzenean ur-hornidura antolamendu konplexuagoa behar duela, txirristak eta pentrough-ak erabiliz.
Bularreko gurpil hidraulikoaren diseinua
Bularretako gurpil hidraulikoaren diseinua beste gurpil hidrauliko bertikalki muntatutako diseinu bat da, non ura ontzietan sartzen den ardatzaren altueraren erdiraino gutxi gorabehera, edo zertxobait gorago, eta gero behetik irteten den gurpilen biraketa norabidean. Oro har, bularreko gurpila hidraulikoa erabiltzen da ur-maila nahikoa ez den egoeretan, goitik jaurtitako edo atzeranzko gurpil hidrauliko baten diseinua martxan jartzeko.
Desabantaila da uraren grabitazio-pisua biraketaren laurden batean bakarrik erabiltzen dela, lehen biraketaren erdian erabiltzen zen bitartean. Buruaren altuera txiki hori gainditzeko, gurpil hidraulikoen ontziak zabalagoak dira uretatik beharrezko energia potentziala ateratzeko.
Bularretako gurpil hidraulikoek uraren grabitazio-pisu bera erabiltzen dute birarazteko, baina uraren altuera ohiko gainjarritako gurpil hidrauliko baten altueraren erdia denez, ontziak aurreko gurpil-diseinuak baino askoz zabalagoak dira, ontzietan jasotzen den uraren bolumena handitzeko. Diseinu mota honen desabantaila ontzi bakoitzak garraiatzen duen uraren zabalera eta pisua handitzea da. Atzerakada diseinuan bezala, bularretako gurpilak uraren energia bikoiz erabiltzen du, gurpila uretan egoteko diseinatuta baitago, hondakin-urak gurpilaren biraketa laguntzen baitu ibaian behera isurtzen den heinean.
Ur-gurpil bat erabiliz elektrizitatea sortzea
Historikoki, ur-gurpilak irina, zerealak eta bestelako zeregin mekanikoak ehotzeko erabili izan dira. Baina ur-gurpilak elektrizitatea sortzeko ere erabil daitezke, energia hidroelektriko sistema deritzona. Sorgailu elektriko bat ur-gurpilen ardatz birakarira konektatuz, zuzenean edo zeharka transmisio-uhalak eta poleak erabiliz, ur-gurpilak erabil daitezke etengabe energia sortzeko, eguneko 24 orduetan, eguzki-energia ez bezala. Ur-gurpila behar bezala diseinatzen bada, sistema hidroelektriko txiki edo "mikro" batek nahikoa elektrizitate sor dezake etxe arrunt bateko argiztapena eta/edo etxetresna elektrikoak elikatzeko.
Bilatu abiadura nahiko baxuetan irteera optimoa ekoizteko diseinatutako ur-gurpileko sorgailuak. Proiektu txikietarako, DC motor txiki bat abiadura txikiko sorgailu edo automobilgintzako alternadore gisa erabil daiteke, baina hauek abiadura askoz handiagoetan lan egiteko diseinatuta daude, beraz, engranaje motaren bat beharrezkoa izan daiteke. Haize-turbina sorgailu bat ur-gurpileko sorgailu aproposa da, abiadura txikiko eta irteera handiko funtzionamendurako diseinatuta baitago.
Zure etxetik edo lorategitik gertu ibai edo erreka nahiko azkar bat badago eta erabil dezakezuna, eskala txikiko energia hidroelektrikoa alternatiba hobea izan daiteke "Haize Energia" edo "Eguzki Energia" bezalako beste energia iturri berriztagarrien aldean, eragin bisual askoz txikiagoa baitu. Gainera, haize eta eguzki energia bezala, sare elektrikora konektatutako eskala txikiko gurpil hidrauliko batek diseinatutako sorkuntza sistema batekin, tokiko sare elektrikora konektatuta, sortzen duzun baina erabiltzen ez duzun elektrizitatea elektrizitate konpainiari saldu diezaiokezu.
Hurrengo tutorialean Energia Hidroelektrikoari buruz, energia hidroelektrikoa sortzeko gure gurpil hidraulikoen diseinuari erantsi diezazkiokegun turbina mota desberdinak aztertuko ditugu. Gurpil hidraulikoen diseinuari eta uraren indarra erabiliz elektrizitatea nola sortu buruzko informazio gehiago lortzeko, edo eskuragarri dauden gurpil hidraulikoen diseinuei buruzko informazio gehiago lortzeko, edo energia hidroelektrikoaren abantailak eta desabantailak aztertzeko, egin klik hemen Amazonen gaur bertan elektrizitatea sortzeko erabil daitezkeen gurpil hidraulikoen printzipioei eta eraikuntzari buruzko kopia eskatzeko.
Argitaratze data: 2021eko ekainaren 25a
