Estaba jugando un poco con la física básica detrás de la producción de energía hidráulica, pero no puedo obtener los números correctos.
Digamos que pongo un molino de viento que bombea agua a un tanque de agua en la parte superior de mi casa, luego conecto una especie de tubería con un generador y empiezo a drenar el tanque de agua.
¿Cuánta energía eléctrica (kWh) puedo obtener de un tanque de agua con tamaño metido ¿por encima del suelo?
¿Cómo se ven las fórmulas?
Pongamos algunos números en este problema y veamos dónde terminamos:
Digamos que el tanque es , y es del suelo para que el agua caiga al generador.
Conectemos el generador con una manguera de jardín estándar que tiene un diámetro de 1 pulgada, con un área de .
Y luego supongo que obtendríamos un columna de presión de agua, que podría transformarse con el área en la fuerza que la altura ejerce sobre el sistema. Algo así como la gravedad terrestre (9.82)*densidad*altura = 9.82*1*10 ~ 98 Newton (???).
Y luego tal vez usar eso podemos encontrar que presión = Fuerza / Área, pero ¿cómo pasar de presión a energía?
Gracias David Zaslavsky por el ejemplo, y en teoría eso significaría que para almacenar 1kWh necesito como 40m3 a 10m de altura. Eso más o menos significa que si uno intenta construir algo como esto en la vida real, las cosas deben ser bastante grandes.
También gracias a Fortunato por ilustrar el problema práctico en la extracción de la energía, y aunque es difícil obtener números altos, puede valer la pena el esfuerzo de todos modos.
Lo que está buscando es en realidad energía , no potencia, y puede poner un límite superior a la cantidad que puede obtener calculando la energía potencial gravitacional que pierde el agua a medida que cae. Si el volumen del tanque es y su altura sobre el suelo (o más precisamente, sobre el punto donde extraes la energía) es , la cantidad de energía que obtienes no es mayor que
En la práctica, por supuesto, no sacarías tanta energía. Para hacerlo, tendría que extraer toda la energía cinética del agua a medida que cae, es decir, su generador tendría que detener el flujo de agua por completo, y ningún generador real puede hacer eso. Lo más cerca que puede estar es probablemente una rueda de agua de retroceso , aunque las ruedas de agua sufren otras ineficiencias que reducen la cantidad de energía que realmente obtiene hasta aproximadamente el 60% del máximo teórico. Aunque en realidad no detiene el agua, una turbina es mecánicamente mejor y en realidad puede brindarle una mayor eficiencia general.
Las turbinas de agua son una cuestión de presión y flujo, si la tubería que sale del tanque tiene 90, esto restringirá el flujo y la eficiencia disminuirá. Pero el punto a considerar aquí es que su método de almacenar energía “agua en un tanque” es económico y eficiente a largo plazo. Ayudé a unos amigos a hacer un sistema para almacenar el exceso de energía de esta manera. Cuando los paneles solares han cargado las baterías y no se necesita electricidad, se enciende la bomba al depósito. Tarde en la noche, cuando la turbina eólica se pone en marcha, hace lo mismo. Este método hizo posible necesitar 0 energía de la red. El punto que estoy tratando de hacer es que la elección de la "eficiencia" de la turbina, la altura de la "presión" del depósito y el diseño del "flujo" del sistema de tuberías son LOS factores determinantes mucho antes de hacer los cálculos. En su ejemplo, una manguera de jardín estándar tiene ½” de diámetro, debe incluir la luz y el diseño de la manguera. A presiones más bajas, obtendrá más flujo de una manguera recta en lugar de una bobina. Necesita monitorear todos estos factores en sus experimentos.
CoilKid