Reka Bentuk Kincir Air untuk Tenaga Hidro
ikon tenaga hidroTenaga hidro ialah teknologi yang menukar tenaga kinetik air yang bergerak kepada tenaga mekanikal atau elektrik, dan salah satu peranti terawal yang digunakan untuk menukar tenaga air yang bergerak kepada kerja yang boleh digunakan ialah Reka Bentuk Kincir Air.
Reka bentuk kincir air telah berkembang dari semasa ke semasa dengan sesetengah kincir air berorientasikan secara menegak, sesetengahnya secara mendatar dan sesetengahnya dengan takal dan gear yang rumit dipasang, tetapi semuanya direka bentuk untuk melakukan fungsi yang sama dan itu juga, "menukarkan gerakan linear air yang bergerak kepada gerakan berputar yang boleh digunakan untuk memacu sebarang jentera yang disambungkan kepadanya melalui aci berputar".
Reka Bentuk Kincir Air Tipikal
Reka Bentuk Kincir Air Awal merupakan mesin yang agak primitif dan ringkas yang terdiri daripada roda kayu menegak dengan bilah atau baldi kayu yang dipasang sama rata di sekeliling lilitannya, semuanya disokong pada aci mendatar dengan daya air yang mengalir di bawahnya menolak roda dalam arah tangen terhadap bilah.
Kincir air menegak ini jauh lebih unggul daripada reka bentuk kincir air mendatar terdahulu oleh orang Yunani dan Mesir purba, kerana ia boleh beroperasi dengan lebih cekap menterjemahkan momentum air yang bergerak kepada kuasa. Takal dan gear kemudiannya dipasang pada kincir air yang membolehkan perubahan arah aci berputar dari mendatar ke menegak untuk mengendalikan batu kisar, menggergaji kayu, menghancurkan bijih, menghentak dan memotong dan sebagainya.
Jenis Reka Bentuk Roda Air
Kebanyakan Kincir Air, juga dikenali sebagai Kincir Air atau ringkasnya Kincir Air, ialah roda yang dipasang secara menegak yang berputar di sekitar gandar mendatar, dan jenis kincir air ini dikelaskan mengikut cara air dikenakan pada roda, berbanding gandar roda. Seperti yang anda jangkakan, kincir air ialah mesin yang agak besar yang berputar pada kelajuan sudut rendah, dan mempunyai kecekapan yang rendah, disebabkan oleh kerugian akibat geseran dan pengisian baldi yang tidak lengkap, dsb.
Tindakan air yang menolak roda baldi atau dayung menghasilkan tork pada gandar tetapi dengan mengarahkan air ke dayung dan baldi ini dari kedudukan berbeza pada roda, kelajuan putaran dan kecekapannya dapat ditingkatkan. Dua jenis reka bentuk roda air yang paling biasa ialah "roda air undershot" dan "roda air overshot".
Reka Bentuk Roda Air Undershot
Reka Bentuk Roda Air Undershot, juga dikenali sebagai "roda sungai" merupakan jenis roda air yang paling biasa digunakan yang direka oleh orang Yunani dan Rom purba kerana ia merupakan jenis roda yang paling ringkas, paling murah dan paling mudah untuk dibina.
Dalam reka bentuk kincir air jenis ini, roda diletakkan terus ke dalam sungai yang mengalir deras dan disokong dari atas. Gerakan air di bawah menghasilkan tindakan tolakan terhadap dayung yang tenggelam di bahagian bawah roda yang membolehkannya berputar dalam satu arah sahaja berbanding arah aliran air.
Reka bentuk kincir air jenis ini biasanya digunakan di kawasan rata tanpa cerun semula jadi tanah atau di mana aliran air bergerak cukup laju. Berbanding dengan reka bentuk kincir air yang lain, reka bentuk jenis ini sangat tidak cekap, dengan hanya 20% tenaga keupayaan air digunakan untuk memutarkan roda. Tenaga air juga hanya digunakan sekali untuk memutarkan roda, selepas itu ia mengalir bersama air yang lain.
Satu lagi kelemahan kincir air undershot ialah ia memerlukan sejumlah besar air yang bergerak pada kelajuan tinggi. Oleh itu, kincir air undershot biasanya terletak di tebing sungai kerana anak sungai yang lebih kecil tidak mempunyai tenaga keupayaan yang mencukupi dalam air yang bergerak.
Satu cara untuk meningkatkan sedikit kecekapan kincir air undershot adalah dengan mengalihkan sebahagian air di sungai di sepanjang saluran atau salur yang sempit supaya 100% air yang dialihkan digunakan untuk memutarkan roda. Untuk mencapai matlamat ini, roda undershot mestilah sempit dan muat dengan sangat tepat di dalam saluran untuk mengelakkan air daripada keluar dari sisi atau dengan meningkatkan sama ada bilangan atau saiz dayung.
Reka Bentuk Kincir Air Overshot
Reka Bentuk Roda Air Overshot merupakan jenis reka bentuk roda air yang paling biasa. Roda air overshot lebih rumit dari segi pembinaan dan reka bentuknya berbanding roda air undershot sebelumnya kerana ia menggunakan baldi atau petak kecil untuk menangkap dan menahan air.
Baldi-baldi ini diisi dengan air yang mengalir masuk di bahagian atas roda. Berat graviti air di dalam baldi penuh menyebabkan roda berputar di sekitar paksi tengahnya apabila baldi kosong di bahagian lain roda menjadi lebih ringan.
Kincir air jenis ini menggunakan graviti untuk meningkatkan output serta air itu sendiri, oleh itu kincir air overshot jauh lebih cekap daripada reka bentuk undershot kerana hampir semua air dan beratnya digunakan untuk menghasilkan kuasa output. Walau bagaimanapun, seperti sebelumnya, tenaga air hanya digunakan sekali untuk memutarkan roda, selepas itu ia mengalir keluar bersama air yang lain.
Kincir air overshot digantung di atas sungai atau anak sungai dan biasanya dibina di lereng bukit yang menyediakan bekalan air dari atas dengan paras rendah (jarak menegak antara air di bahagian atas dan sungai atau anak sungai di bawah) antara 5 hingga 20 meter. Empangan atau empangan kecil boleh dibina dan digunakan untuk menyalurkan dan meningkatkan kelajuan air ke bahagian atas roda yang memberikannya lebih banyak tenaga tetapi isipadu air dan bukannya kelajuannya yang membantu memutarkan roda.
Secara amnya, kincir air overshot dibina sebesar mungkin untuk memberikan jarak kepala yang paling besar bagi berat graviti air untuk memutarkan roda. Walau bagaimanapun, kincir air berdiameter besar lebih rumit dan mahal untuk dibina disebabkan oleh berat roda dan air.
Apabila setiap baldi diisi dengan air, berat graviti air menyebabkan roda berputar ke arah aliran air. Apabila sudut putaran semakin hampir ke bahagian bawah roda, air di dalam baldi akan mengalir keluar ke sungai atau anak sungai di bawahnya, tetapi berat baldi yang berputar di belakangnya menyebabkan roda terus berputar mengikut kelajuan putarannya. Baldi kosong terus berputar di sekitar roda berputar sehingga ia kembali ke atas dan bersedia untuk diisi dengan lebih banyak air dan kitaran berulang. Salah satu kelemahan reka bentuk kincir air overshot ialah air hanya digunakan sekali semasa ia mengalir di atas roda.
Reka Bentuk Kincir Air Pitchback
Reka Bentuk Roda Air Pitchback merupakan variasi daripada roda air overshot sebelumnya kerana ia juga menggunakan berat graviti air untuk membantu memutarkan roda, tetapi ia juga menggunakan aliran air sisa di bawahnya untuk memberikan tolakan tambahan. Reka bentuk roda air jenis ini menggunakan sistem suapan kepala rendah yang membekalkan air berhampiran bahagian atas roda dari pentrough di atas.
Tidak seperti kincir air overshot yang menyalurkan air terus ke atas kincir menyebabkan ia berputar ke arah aliran air, kincir air pitchback menyalurkan air secara menegak ke bawah melalui corong dan masuk ke dalam baldi di bawah menyebabkan roda berputar ke arah yang bertentangan dengan aliran air di atas.
Sama seperti kincir air yang terhuyung-hayang sebelumnya, berat graviti air di dalam baldi menyebabkan roda berputar tetapi dalam arah lawan jam. Apabila sudut putaran menghampiri bahagian bawah roda, air yang terperangkap di dalam baldi akan mengalir keluar ke bawah. Apabila baldi kosong dilekatkan pada roda, ia terus berputar dengan roda seperti sebelumnya sehingga ia kembali ke atas dan bersedia untuk diisi dengan lebih banyak air dan kitaran berulang.
Perbezaannya kali ini ialah air sisa yang dikosongkan keluar dari baldi berputar mengalir ke arah roda berputar (kerana ia tidak mempunyai tempat lain untuk pergi), sama seperti prinsip kincir air undershot. Oleh itu, kelebihan utama kincir air pitchback ialah ia menggunakan tenaga air dua kali, sekali dari atas dan sekali dari bawah untuk memutarkan roda di sekitar paksi tengahnya.
Hasilnya ialah kecekapan reka bentuk kincir air meningkat dengan ketara kepada lebih 80% tenaga air kerana ia didorong oleh berat graviti air yang masuk dan oleh daya atau tekanan air yang diarahkan ke dalam baldi dari atas, serta aliran air sisa di bawah yang menolak baldi. Kelemahan kincir air pitchback ialah ia memerlukan susunan bekalan air yang sedikit lebih kompleks betul-betul di atas roda dengan pelongsor dan pentrough.
Reka Bentuk Kincir Air Breastshot
Reka Bentuk Roda Air Breastshot merupakan satu lagi reka bentuk roda air yang dipasang secara menegak di mana air memasuki baldi kira-kira separuh jalan pada ketinggian gandar, atau tepat di atasnya, dan kemudian mengalir keluar di bahagian bawah mengikut arah putaran roda. Secara amnya, roda air breastshot digunakan dalam situasi di mana kepala air tidak mencukupi untuk menggerakkan reka bentuk roda air overshot atau pitchback dari atas.
Kelemahan di sini ialah berat graviti air hanya digunakan untuk kira-kira satu perempat daripada putaran tidak seperti sebelumnya yang digunakan untuk separuh putaran. Untuk mengatasi ketinggian kepala yang rendah ini, baldi kincir air dibuat lebih lebar untuk mengekstrak jumlah tenaga keupayaan yang diperlukan daripada air.
Kincir air breastshot menggunakan berat graviti air yang lebih kurang sama untuk memutarkan roda tetapi memandangkan ketinggian kepala air adalah sekitar separuh daripada kincir air overshot biasa, baldi adalah jauh lebih lebar daripada reka bentuk kincir air sebelumnya untuk meningkatkan isipadu air yang terperangkap dalam baldi. Kelemahan reka bentuk jenis ini ialah peningkatan lebar dan berat air yang dibawa oleh setiap baldi. Seperti reka bentuk pitchback, roda breastshot menggunakan tenaga air dua kali ganda kerana kincir air direka bentuk untuk berada di dalam air yang membolehkan air sisa membantu dalam putaran roda semasa ia mengalir ke hilir sungai.
Jana Elektrik Menggunakan Kincir Air
Dari segi sejarah, kincir air telah digunakan untuk mengisar tepung, bijirin dan tugas mekanikal lain yang serupa. Tetapi kincir air juga boleh digunakan untuk penjanaan elektrik, yang dipanggil sistem Kuasa Hidro. Dengan menyambungkan penjana elektrik kepada aci berputar kincir air, sama ada secara langsung atau tidak langsung menggunakan tali sawat dan takal pemacu, kincir air boleh digunakan untuk menjana kuasa secara berterusan 24 jam sehari tidak seperti tenaga solar. Jika kincir air direka bentuk dengan betul, sistem hidroelektrik kecil atau "mikro" boleh menghasilkan elektrik yang mencukupi untuk menghidupkan lampu dan/atau peralatan elektrik di rumah biasa.
Cari Penjana Kincir Air yang direka bentuk untuk menghasilkan output optimum pada kelajuan yang agak rendah. Untuk projek kecil, motor DC kecil boleh digunakan sebagai penjana berkelajuan rendah atau alternator automotif tetapi ini direka bentuk untuk berfungsi pada kelajuan yang lebih tinggi jadi beberapa bentuk gear mungkin diperlukan. Penjana turbin angin merupakan penjana kincir air yang ideal kerana ia direka bentuk untuk operasi berkelajuan rendah dan output tinggi.
Jika terdapat sungai atau anak sungai yang mengalir agak deras berhampiran rumah atau taman anda yang boleh anda gunakan, maka sistem kuasa hidro berskala kecil mungkin merupakan alternatif yang lebih baik kepada bentuk sumber tenaga boleh diperbaharui lain seperti "Tenaga Angin" atau "Tenaga Suria" kerana ia mempunyai impak visual yang jauh lebih sedikit. Sama seperti tenaga angin dan solar, dengan sistem penjanaan reka bentuk kincir air berskala kecil yang disambungkan ke grid yang disambungkan ke grid utiliti tempatan, sebarang elektrik yang anda jana tetapi tidak gunakan boleh dijual kembali kepada syarikat elektrik.
Dalam tutorial seterusnya tentang Tenaga Hidro, kita akan melihat pelbagai jenis turbin yang tersedia yang boleh kita pasangkan pada reka bentuk kincir air kita untuk penjanaan kuasa hidro. Untuk maklumat lanjut tentang Reka Bentuk Kincir Air dan cara menjana elektrik anda sendiri menggunakan kuasa air, atau dapatkan lebih banyak maklumat tenaga hidro tentang pelbagai reka bentuk kincir air yang tersedia, atau untuk meneroka kelebihan dan kekurangan tenaga hidro, sila Klik Di Sini untuk memesan salinan anda daripada Amazon hari ini tentang prinsip dan pembinaan kincir air yang boleh digunakan untuk menjana elektrik.
Masa siaran: 25 Jun 2021
