Por Scott Gentleman
Exclusiva del sitio web – noviembre, 2007
Durante ocho años, Tracey y yo vivimos en una casa que funcionaba con energía solar y, durante ocho inviernos nublados, pusimos en marcha un pequeño generador Honda cada semana para recargar nuestras baterías. Teníamos entendido que el propietario original de nuestra casa había hecho funcionar un pequeño sistema hidroeléctrico a partir del arroyo de la propiedad, que funcionaba todo el año, pero nunca investigamos esta opción porque el arroyo atravesaba un denso bosque. Además, nos dimos cuenta de que no había suficiente caída sobre su curso.
Nivel del sitio
Finalmente decidimos utilizar el Nivel del sitio de Backwoods Solar sólo para confirmar que la hidroeléctrica no tenía sentido. Para nuestra sorpresa, nuestra travesía por el bosque desde un posible emplazamiento de la turbina hasta una conveniente ubicación de la toma reveló unos 80′ de desnivel. No es posible, declaramos, asumiendo que nuestra técnica debía haber fallado. Para volver a comprobar nuestro método, utilizamos el mismo nivel de sitio para medir el desnivel desde nuestra cisterna hasta el fregadero de la cocina. Sabíamos que esta caída equivalía a 56 pies porque habíamos utilizado un tránsito para medirla cuando se instaló este sistema alimentado por gravedad. La revisión con el Nivel de Sitio nos dio unos 60 pies y confirmó que sabíamos cómo usar el nivel.
Voila, potencial hidroeléctrico. En la época más seca del año, nuestro arroyo mide alrededor de 3 pies de ancho por 3-4 pulgadas de profundidad y un cubo de cinco galones y un cronómetro sugirió que teníamos más de 300 gpm fluyendo más allá de nuestro sitio de toma. Vaya, mucho potencial. Con 80 pies de caída, un gráfico de flujo de boquillas indicó que teóricamente podríamos pasar 134 gpm a través de una turbina Harris de 4 boquillas equipada con boquillas de 7/16″. A continuación, consultamos la tabla de salida de vatios del alternador Motorcraft de Don Harris. Con 134 gpm y 80 pies de caída, extrapolamos que podríamos generar 725+/- vatios. Sin embargo, tendríamos que instalar una tubería forzada de 1100 pies. Más gráficos. Para reducir la pérdida por fricción y mantener un potencial de salida cercano al máximo, determinamos que una tubería de 4″ sólo sacrificaría unos 9 pies de altura bruta si se utilizaban las cuatro boquillas.
Flume Creek
Una rápida evaluación de los beneficios de esta cantidad de energía nos convenció de proceder a una instalación. Sin embargo, el año era 1999 y Backwoods Solar estaba increíblemente ocupado atendiendo a todo el bombo del efecto 2000, lo que nos dejaba a Tracey y a mí con poco tiempo para una instalación. Y en ese momento, mi experiencia en hidroelectricidad no era precisamente una experiencia. Así que llamamos a Lee Tavenner de Solar Plexus de Missoula, MT para desarrollar un sistema llave en mano que incluyera su mano de obra de instalación. Lee tuvo la amabilidad de confeccionar la lista de componentes, aunque comprendió que nosotros aportaríamos la mayoría de los componentes; acordamos un precio y encontró tiempo en su apretada agenda para realizar la instalación durante un fin de semana de septiembre.
Antes de ese fin de semana, Tracey y yo tuvimos que desarrollar la ruta para la tubería forzada a través del bosque por el que serpenteaba el arroyo. El camino de menor resistencia seguía caminos de arrastre de madera viejos y cubiertos de maleza, así como un bosque denso. Utilizamos una cinta topográfica para marcar el camino y contratamos a un vecino con una excavadora para que cortara y despejara el camino. Se contrató a otro vecino con una retroexcavadora para cavar el estanque de captación, la zanja de 4′ de profundidad, el emplazamiento de la turbina y el canal de descarga hacia el arroyo.
Lee recomendó que utilizáramos tuberías de polietileno de alta densidad dada su resistencia al aplastamiento y el hecho de que no se agrietan cuando se congelan. Su distribuidor de Missoula entregó treinta piezas de 40 pies de la tubería de 4″ a nuestra remota casa, pero sólo podía llegar a 1000 pies de nuestra línea de zanja. Un Honda de tres ruedas podría arrastrar tres piezas a la vez a menos de 300 pies y Tracey y yo llevamos cada pieza el resto de la distancia. No es un trabajo insoportable, pero una tubería de 40′ puede desarrollar algunas grandes ondas de rebote en él si su ritmo mutuo no está sincronizado correctamente!
Admisión de Hidro
Estos tramos de tubería deben ser fusionados juntos en lugar de pegados como con el PVC. Lee alquilaría la pequeña maquinaria para este procedimiento y la llevaría consigo cuando llegara el fin de semana de la instalación. Nuestro generador Honda de 3500 vatios alimentaría la máquina de fusión.
A continuación, reunimos e instalamos los diversos componentes del sistema de energía. Dado que la distancia de la turbina a nuestro banco de baterías medía 350 pies, optamos por instalar un sistema de 24 voltios. (Aunque el sistema fotovoltaico que alimentaba nuestra casa era de 12 voltios y muchas de nuestras cargas eran de 12 voltios DC, sabíamos que un EQ12/24-20 nos permitiría mantener nuestros circuitos de 12v DC y asegurar que nuestro banco de baterías de 24v permaneciera equilibrado). La distancia de 350 pies desde la turbina a las baterías y nuestro potencial de generación de 700 vatios nos llevó a seleccionar un cable de cobre de enterramiento directo 1/0 para minimizar las pérdidas de transmisión.
Otros artículos ordenados incluyeron: una turbina Motorcraft de 4 boquillas de Don Harris dimensionada para los parámetros de nuestro sitio; un inversor Trace SW4024; un kit Backwoods Solar Powercenter construido en torno a la caja de desconexión Trace DC250 y el medidor de baterías Trimetric de Bogart Engineering; un Trace C40 con pantalla digital; dos cargas de aire Enermax de 900 vatios diseñadas para sistemas de 24 voltios; un amperímetro analógico en línea para medir la corriente hidráulica en el powershed; cuatro baterías Trojan L-16HC; y cableado diverso, fusibles, etc.
Turbina hidráulica
Convenientemente, decidimos que nuestro nuevo sistema estaría ubicado en un taller a 30 metros de nuestra casa. El sistema fotovoltaico de 12 voltios estaba confinado en nuestra casa con módulos solares en el techo de la cocina, y el inversor, las baterías, etc en nuestra sala de estar. Al reubicarnos, eliminaríamos el siempre presente zumbido de ese inversor SW2512 de nuestro espacio vital y aumentaríamos significativamente la distancia entre nuestra estufa de leña y el gas hidrógeno de las baterías. Al instalar nuestro sistema de 24v en el taller, la única interrupción en el servicio eléctrico de nuestra casa se produjo cuando desconectamos el SW2512 de nuestro centro de servicio de CA y volvimos a conectar el SW4024 a él; y cuando desconectamos nuestra caja de distribución de energía con fusibles de 12v de las baterías Lineage de nuestra casa y la volvimos a conectar a la mitad de 12v de nuestro banco de baterías Trojan de 24v en el taller.
Lee llegó el viernes por la noche y se quedó con nosotros. A primera hora de la mañana del sábado, comenzamos el proceso de fusión de los 1200 pies de tubería de HDPE de 4″. La fusión es principalmente una tarea de una sola persona, que Lee llevó a cabo. Consiste en juntar dos extremos de tubo y encajarlos en la carcasa del artilugio de fusión impulsado por un generador. Una vez introducidos, los extremos de los tubos quedan bloqueados y una palanca controla su movimiento. Un dispositivo de corte giratorio con cuchillas orientadas hacia cada extremo de la tubería se inserta entre los extremos de la tubería y la palanca se mueve, tirando de las piezas hacia las cuchillas que las cuadran entre sí. Una vez escuadrados, se coloca un elemento calefactor entre los extremos; el generador hace que el elemento calefactor alcance la temperatura adecuada y, a continuación, se tira de los extremos de los tubos contra él con la palanca. Se deja que el elemento caliente ablande aproximadamente ¼» de cada extremo del tubo; se retira el elemento; y la palanca tira de las piezas hasta que se fusionan entre sí. La costura se enfría durante unos minutos y a la siguiente unión iría Lee. Al principio, dudé de la resistencia de esta unión, pero los repetidos intentos de romper la costura recién fusionada fracasaron.
Mientras Lee fusionaba, Tracey y yo trasladábamos las piezas individuales de tubería a zonas de fusión debidamente espaciadas. Cuando Lee terminaba una costura, Tracey y yo arrastrábamos la sección de tubería cada vez más larga lejos de Lee para que pudiera fusionar la siguiente pieza con ella. Al principio, Tracey y yo podíamos arrastrar 60 metros de tubería fundida hacia la siguiente zona de montaje, pero a media tarde pedíamos a gritos la ayuda de Lee después de que se fijara la quinta pieza de tubería. Este proceso se vio agravado por el hecho de que la zanja deambulaba de un lado a otro del camino despejado mientras conseguía la línea más recta desde el estanque de entrada hasta el emplazamiento de la turbina. Tuvimos que cruzar repetidamente la zanja y su montículo de tierra excavada mientras movíamos la tubería y el generador, según fuera necesario. Al anochecer, estábamos agotados y aún teníamos 200′ de tubería por terminar de fundir. Si lo hubiéramos sabido mejor y si el horario de Lee lo hubiera permitido, habría optado por fundir toda la tubería forzada antes de cavar la zanja y utilizar los caballos de fuerza del vehículo de tres ruedas para tirar de la tubería sin el obstáculo de la zanja de cuatro pies de profundidad y sus entrañas.
Cobertizo hidroeléctrico
Volvimos a las zanjas el domingo por la mañana. Terminamos de fundir; arrojamos la tubería terminada a la zanja; y luego intentamos asegurar que la tubería descendiera continuamente a lo largo de su longitud. Por supuesto, una zanja de cuatro pies de profundidad en un suelo a menudo blando y húmedo se desliza, causando innumerables puntos altos que bajamos con esfuerzo con una pala manual. Y luego amortiguamos la tubería a mano con unos 6″ de tierra antes de que la excavadora empujara la mayor parte del relleno sobre ella, y amenazara con cubrirnos también si no amortiguábamos lo suficientemente rápido.
Por fin, pudimos conectar la turbina a la tubería. En la carcasa de la turbina (es decir, un agujero en el suelo), instalamos un manómetro, una salida limpia de 2″, una válvula de compuerta y una junta universal, en línea antes de la turbina. Lee proporcionó un recipiente de recogida de plexiglás hecho a medida con un acoplamiento de descarga de 6″ en el que se montó la turbina. Instalamos la turbina en la tubería; conectamos un tubo de descarga de 6″ a la cuenca; conectamos el alternador a la batería (+) y (-); y abrimos la válvula de compuerta justo después de nuestra cerveza. La rueda pelton zumbó; una rápida pulsación del botón de arranque en el panel de control de la turbina energizó el campo del alternador; y su amperímetro saltó a la acción.
Sin embargo, nuestra hora feliz se deterioró rápidamente. A medida que recogíamos, las baterías Trojan L-16HC, casi completamente cargadas, alcanzaron rápidamente el punto de ajuste de la tensión nominal, que habíamos programado en el C40. Como debería, el C40 habría empezado a desviar la energía, pero, sin que lo supiéramos, entró inmediatamente en parada por sobrecorriente. Sin regulación, el voltaje de la batería siguió subiendo. Finalmente, entramos en la sala de máquinas, detectamos un increíble olor a hidrógeno, oímos un tremendo burbujeo de las baterías, observamos que el LED naranja del C40 gritaba sobrecorriente y nos apresuramos a cerrar el flujo de agua a la turbina.
Mistificados, volvimos a comprobar todas las conexiones, confirmamos las polaridades y los voltajes y decidimos volver a ponerlo en marcha justo cuando el vecindario empezaba a pasearse para hacer una demostración. La válvula de compuerta se abrió; la corriente se desarrolló; el voltaje aumentó; el C40 se observó; y cuando el C40 comenzó a desviarse, boom, apagado por sobrecorriente. Más hidrógeno; más burbujas; otra carrera hacia la turbina; sin energía; y propietarios, instalador y vecinos confundidos. Peor aún, sabíamos que Lee tenía que irse a Missoula. Ya había retrasado su salida un par de horas para llegar a este punto. Afortunadamente nuestras baterías estaban llenas; teníamos el generador Honda si era necesario; y podíamos solucionar los problemas por teléfono.
Hogar con energía hidroeléctrica
Al final Lee resolvió el problema. Habíamos pedido una carga de aire Enermax de un ohmio y 900 vatios. A 30 voltios, esta carga desviaría aproximadamente 30 amperios. Sin embargo, cuando medimos los ohmios del Enermax instalado, sólo registró 0,5 ohmios. La mitad de un ohmio y 30 voltios dio como resultado una desviación instantánea de más de 60 amperios, de ahí que el C40 se apagara por sobrecorriente (nuestro primer modelo de C40 estaba diseñado para apagarse por encima de 62+/- amperios). Cambiamos el culpable por una versión de un ohmio y el sistema funcionó inmediatamente como se anuncia.
Después de un par de semanas de funcionamiento de dos boquillas, nos dimos cuenta de que teníamos una abundancia de energía. Nuestra turbina tenía cuatro boquillas y nuestro arroyo podía soportar las cuatro si era necesario, pero en el día a día, no podíamos utilizar la energía que creaban dos boquillas. Así que vendimos nuestros paneles solares; vendimos nuestro refrigerador de propano de 8 pies cúbicos; lo reemplazamos con una unidad eléctrica Kenmore de 14 pies cúbicos; trajimos a casa nuestro congelador de 23 pies cúbicos que siempre había vivido en casa de un vecino con energía de la red; desconectamos nuestra bomba de pozo de 120v AC del circuito del generador y la reconectamos al centro de carga de AC de nuestro inversor; e instalamos un elemento de calentamiento de agua de 120v AC en nuestro tanque de agua caliente. Cuando hace demasiado calor para el agua caliente calentada con madera, abrimos una tercera boquilla y encendemos el elemento calentador de agua de CA. No es agua caliente ilimitada, pero es suficiente para las duchas, los platos y la ropa sucia para los dos de nosotros sobre una base diaria, si es necesario.
Hasta la fecha, no hemos tenido que ejecutar cuatro boquillas. Difícil de creer que nuestro arroyo con «tan poco potencial» permite una granja alternativa y un estilo de vida tan lujoso. Estamos encantados y recordamos a diario lo afortunados que somos cuando hablamos con personas que luchan por conseguir electricidad con un presupuesto fuera de la red.
Scott y Tracey son copropietarios de Backwoods Solar, un negocio basado en un catálogo que se especializa en la generación alternativa de electricidad para hogares remotos donde las líneas de servicios públicos no están disponibles o no son prácticas. El negocio es operado por empleados que alimentan sus hogares fuera de la red completamente con los productos que venden. Haga clic en el enlace anterior para visitar su sitio web.