Por Scott Gentleman
Website Exclusive – Novembro, 2007
Durante oito anos, Tracey e eu vivemos numa casa movida a energia solar e durante oito Invernos nublados, nós gerávamos um pequeno gerador Honda todas as semanas para recarregar as nossas baterias. Entendemos que o proprietário original da nossa casa tinha operado um pequeno sistema hidráulico do riacho durante todo o ano da propriedade, mas nunca investigamos essa opção porque o riacho corria através da floresta densa. Além disso, podíamos apenas dizer que não havia queda suficiente em seu curso.
Site Level
Finalmente decidimos usar Backwoods Solar’s Site Level apenas para confirmar que a hidrelétrica não fazia sentido. Muito para nossa surpresa, nossa travessia através da floresta de um potencial site de turbina para um local de entrada conveniente revelou sobre 80′ de queda. Não é possível, declaramos, assumindo que a nossa técnica deve ter falhado. Para verificar o nosso método, usamos o mesmo Nível de Local para medir a queda da nossa cisterna de água até ao lava-loiça da cozinha. Sabíamos que esta gota era igual a 56 pés porque tínhamos usado um trânsito para medi-la quando este sistema de alimentação por gravidade foi instalado. A revisão com o Site Level nos deu cerca de 60 pés e confirmou que sabíamos como usar o nível.
Voila, potencial hídrico. Na época mais seca do ano, nosso riacho mede cerca de 3 pés de largura por 3-4 polegadas de profundidade e um balde de cinco galões e um cronômetro sugeriam que tínhamos mais de 300 gpm fluindo pelo nosso local de admissão. Uau, muito potencial. Com 80 pés de queda, um diagrama de fluxo de bicos indicou que teoricamente poderíamos passar 134 gpm através de uma turbina Harris de 4-bicos equipada com 7/16″ bicos. A seguir, voltamo-nos para a carta de saída dos watts do alternador Don Harris Motorcraft. Com 134 gpm e 80 pés de queda, extrapolamos que poderíamos gerar 725+/- watts. No entanto, teríamos de instalar um caneta de 1100 pés. Mais gráficos. Para reduzir a perda por atrito e manter perto do potencial máximo de saída, determinamos que o tubo 4″ só sacrificaria cerca de 9 pés de cabeça bruta se os quatro bicos estivessem em uso.
Flume Creek
Uma rápida avaliação dos benefícios desta quantidade de energia nos convenceu a prosseguir com uma instalação. No entanto, o ano foi 1999 e Backwoods Solar estava incrivelmente ocupado com a quantidade de energia Y2K, deixando Tracey e eu com pouco tempo para uma instalação. E nessa altura, a minha experiência hidroeléctrica não era exactamente uma experiência. Por isso pedimos a Lee Tavenner do Solar Plexus do Missoula, MT, para desenvolver um sistema chave na mão que incluísse a sua mão-de-obra de instalação. Lee graciosamente juntou a lista de componentes, embora ele entendesse que nós forneceríamos a maioria dos componentes; nós concordamos em um preço; e ele encontrou tempo em sua agenda ocupada para uma instalação durante um fim de semana em setembro.
Prior a esse fim de semana, Tracey e eu tivemos que desenvolver a rota para o estoque de canetas através do bosque por onde o riacho passou. O caminho de menor resistência seguia estradas antigas e superpovoadas de madeira, bem como floresta densa. Usamos fita de levantamento para marcar um caminho e contratamos um vizinho com um bulldozer para cortar e limpar o caminho. Outro vizinho com uma retroescavadeira foi contratado para cavar a lagoa de admissão, 4′ vala profunda, local da turbina e canal de descarga para o riacho.
Lee recomendou o uso de tubo de polietileno de alta densidade dada a sua resistência ao esmagamento e o fato de não rachar quando congelado. Seu distribuidor Missoula entregou trinta peças de 40 pés do tubo 4″ para o nosso remoto local de residência, mas só conseguiu chegar a menos de 1000 pés da nossa linha de trincheiras. Um Honda de três rodas podia arrastar três peças de cada vez para dentro de 300 pés e Tracey e eu carregamos cada peça o equilíbrio da distância. Não é trabalho insuportável, mas um tubo 40′ pode desenvolver grandes ondas saltitantes nele se o seu ritmo mútuo não estiver sincronizado adequadamente!
Hydro Intake
Estes comprimentos de tubo devem ser fundidos juntos em vez de colados como com PVC. Lee alugaria as pequenas máquinas para este procedimento e as traria com ele quando chegasse o fim de semana de instalação. Nosso gerador Honda de 3500 watts alimentaria a máquina de fusão.
Próximo, nós reunimos e instalamos os vários componentes do sistema de energia. Dada a distância da turbina ao nosso banco de baterias medindo 350 pés, optamos por instalar um sistema de 24 volts. (Embora o sistema PV que alimentava a nossa casa fosse de 12 volts e muitas das nossas cargas fossem de 12 volts DC, sabíamos que um EQ12/24-20 nos permitiria manter os nossos circuitos de 12v DC e assegurar que o nosso banco de baterias de 24v se mantivesse equilibrado). A distância de 350 pés da turbina às baterias e nosso potencial de geração de 700 watts nos levou a selecionar 1/0 cabo de cobre de enterro direto, a fim de minimizar as perdas de transmissão.
Outros itens encomendados incluídos: uma turbina Motorcraft de 4 bicos de Don Harris dimensionada para os parâmetros do nosso site; um inversor Trace SW4024; um kit Backwoods Solar Powercenter construído em torno da caixa de desconexão Trace DC250 e do medidor de bateria Trimetric da Bogart Engineering; um Trace C40 com display digital; duas cargas de ar Enermax 900 watt projetadas para sistemas de 24 volts; um amperímetro analógico em linha para medir a corrente hidroelétrica na fonte de alimentação; quatro baterias Trojan L-16HC; e cabos diversos, fusíveis, etc.
Turbina Hydro
Convenientemente, decidimos que o nosso novo sistema seria localizado numa oficina a 100 pés da nossa casa. O sistema PV de 12 volts foi confinado à nossa casa com módulos solares no telhado da cozinha, e inversor, baterias, etc. na nossa sala de estar. Ao mudar de local, removeríamos o sempre presente zumbido daquele inversor SW2512 do nosso espaço de habitação e aumentaríamos significativamente a distância entre o nosso fogão a lenha e o gás hidrogénio das baterias. Ao instalar o nosso sistema 24v na oficina, a única interrupção no serviço eléctrico da nossa casa ocorreu quando desligámos o SW2512 do nosso centro de serviço AC e ligámos novamente o SW4024 a ele; e quando desligámos a nossa caixa de distribuição de energia com fusível de 12v das baterias de linhagem da nossa casa e a ligámos novamente à metade dos 12v do nosso banco de baterias de Tróia 24v na oficina.
Lee chegou numa sexta-feira à noite e ficou connosco. Logo pela manhã de sábado, começamos o processo de fusão dos 1200 pés do tubo HDPE 4″. A fusão é uma tarefa de uma só pessoa, que Lee empreendeu. Consiste em juntar duas pontas de tubo e encaixá-las na carcaça do aparelho de fusão alimentado pelo gerador. Uma vez inseridas, as extremidades do tubo ficam travadas no lugar e uma alavanca controla o seu movimento. Um dispositivo de corte rotativo com lâminas voltadas para cada extremidade do tubo é inserido entre as extremidades do tubo e a alavanca é movida, puxando as peças para dentro das lâminas, que as quadram umas às outras. Uma vez ao quadrado, um elemento de aquecimento é colocado entre as extremidades; o gerador eleva o elemento de aquecimento à temperatura adequada; e depois as extremidades dos tubos são simultaneamente puxadas contra ele com a alavanca. O elemento quente pode amolecer cerca de ¼” de cada extremidade do tubo; o elemento é removido; e a alavanca puxa as peças onde elas se fundem umas com as outras. A costura arrefece durante alguns minutos e na próxima junção Lee iria. Inicialmente, duvidei da força desta junta, mas as tentativas repetidas de quebrar a costura recém fundida falharam.
Enquanto Lee fundiu, Tracey e eu movemos pedaços individuais de tubo para áreas de fusão devidamente espaçadas. Enquanto Lee terminava uma costura, Tracey e eu arrastávamos a secção do tubo cada vez maior para longe de Lee para que ele pudesse fundir a peça seguinte com ela. Inicialmente, Tracey e eu podíamos arrastar 200 pés de cano fundido para a próxima área de montagem, mas a meio da tarde gememos para a assistência de Lee depois que o quinto pedaço de cano foi fixado. Este processo foi exacerbado pelo fato de que a vala vagueava de um lado para o outro do caminho desobstruído, ao atingir a linha mais reta da lagoa de admissão até o local da turbina. Tivemos que atravessar repetidamente a vala e é um monte de terra escavada enquanto movíamos a tubulação e o gerador, conforme necessário. Ao cair da noite, estávamos exaustos e ainda tínhamos 200′ de tubulação para terminar a fusão. Se tivéssemos sabido melhor e se o horário do Lee fosse permitido, eu teria escolhido fundir todo o encanamento antes da trincheira ser cavada e utilizar a potência dos três rodas para puxar o cano sem o obstáculo da trincheira de quatro pés de profundidade e suas entranhas.
Abrigo Hydro
Back to the trenches Sunday AM. Terminamos a fusão; jogamos a tubulação completa na trincheira; e depois tentamos assegurar que a tubulação descesse continuamente ao longo do seu comprimento. É claro, uma vala de quatro pés de profundidade em terra frequentemente mole e húmida, causando inúmeros pontos altos que descemos cuidadosamente com uma pá manual. E então nós tamponamos o tubo à mão com cerca de 6″ de terra antes de empurrar a trincheira na maioria do enchimento sobre ele, e ameaçando cobrir-nos também se não tamponarmos rápido o suficiente.
Finalmente, nós poderíamos conectar a turbina ao tubo. Na carcaça da turbina (ou seja, um furo no solo), instalamos um manômetro, 2″ clean out, válvula de gaveta, e junta universal, em linha antes da turbina. A Lee forneceu uma bacia de plexi-glass de captação construída à medida com o acoplamento de descarga 6″, na qual a turbina foi montada. Montamos a turbina na canalização; colocamos um tubo de descarga 6″ na bacia; conectamos o alternador à bateria (+) e (-); e abrimos a válvula de comporta logo após a nossa cerveja. A roda de pelotão zumbiu; um rápido aperto do botão de arranque no painel de controlo da turbina energizou o campo do alternador; e o seu amperímetro entrou em acção.
No entanto, o nosso happy hour deteriorou-se rapidamente. À medida que pegávamos, as baterias L-16HC quase totalmente carregadas do Trojan chegaram rapidamente ao ponto de ajuste da tensão a granel, que tínhamos programado para o C40. Como deveria, o C40 teria começado a desviar energia, mas desconhecido para nós, ele entrou imediatamente em desligamento por sobrecorrente. Sem regulamentação, a voltagem da bateria continuou a subir. Eventualmente, nós vagámos para dentro da turbina; detectámos um cheiro incrível de hidrogénio; ouvimos um tremendo borbulhar das baterias; notámos o LED laranja do C40 a gritar sobre-corrente; e corremos para desligar o fluxo de água para a turbina.
Mystified, verificámos todas as ligações; confirmámos as polaridades e tensões; e decidimos voltar a ligá-lo quando a vizinhança começou a vaguear para uma demonstração. Válvula de gaveta aberta; corrente desenvolvida; tensão crescente; C40 observada; e como o C40 começou a desviar, boom, desligamento por sobrecorrente. Mais hidrogênio; mais bolhas; outra corrida para a turbina; sem energia; e proprietários, instaladores e vizinhos confusos. Pior ainda, nós sabíamos que Lee tinha que partir para o Missoula. Ele já tinha adiado a sua partida por algumas horas para nos levar até este ponto. Felizmente nossas baterias estavam cheias; tínhamos o gerador Honda se necessário; e podíamos solucionar problemas por telefone.
Hydro Powered Home
Eventualmente Lee resolveu o problema. Nós tínhamos pedido uma carga de ar de um ohm 900 watt Enermax. A 30 volts, esta carga desviaria cerca de 30 amperes. Entretanto, quando medimos os ohms do Enermax instalado, ele registrou apenas 0,5 ohms. Meio ohm e 30 volts resultou em um desvio instantâneo de 60+ amps, daí o desligamento por sobrecorrente C40s (nosso modelo C40 inicial foi projetado para desligamento acima de 62+/- amps). Trocamos o culpado por uma versão de um ohm e o sistema funcionou imediatamente como anunciado.
Após algumas semanas de funcionamento de dois bicos, percebemos que tínhamos uma abundância de energia. Nossa turbina tinha quatro bicos e nosso riacho podia suportar todos os quatro se necessário, mas diariamente não podíamos usar a energia criada por dois bicos. Então nós vendemos nossos painéis solares; vendemos nosso refrigerador de propano de 8 cuft; substituímos por uma unidade elétrica de 14 cuft Kenmore; trouxemos para casa nosso congelador de 23 cuft que sempre viveu em um vizinho com energia da rede; desconectamos nossa bomba do poço de 120v AC do circuito do gerador e a reconectamos ao centro de carga do nosso inversor AC; e instalamos um elemento de aquecimento de água de 120v AC em nosso tanque de água quente. Quando está demasiado quente para água quente de madeira, abrimos um terceiro bico e ligamos o elemento de aquecimento de água CA. Não é água quente ilimitada, mas suficiente para chuveiros, louça e lavanderia para nós dois diariamente, se necessário.
Até o momento, não tivemos que executar quatro bocais. É difícil acreditar que o nosso riacho com “tão pouco potencial” permite uma casa e um estilo de vida alternativos tão luxuosamente alimentados. Estamos encantados e lembrados diariamente de como somos afortunados quando falamos com pessoas que lutam para fazer com que os fins elétricos se encontrem em um orçamento fora da rede.
Scott e Tracey são co-proprietários de Backwoods Solar, um negócio baseado em catálogo que se especializa na geração alternativa de eletricidade para residências remotas onde as linhas de serviço público não estão disponíveis ou práticas. O negócio é operado por funcionários que alimentam suas casas fora da rede inteiramente com os produtos que eles vendem. Clique no link acima para visitar o site deles.