سنقوم في هذا المقال بوصف لصنع مولد كهرومائي من خردة الحديد والمعادن مع بعض من المغانيط والأسلاك. الهدف من هذا المولد هو دفع الناس الذين يسكنون في المدن المنقطع عنها التيار إلى الإعتماد على أنفسهم وصنع مولدات خاصة بهم فالحاجة أم الإختراع.

جربنا من قبل صنع مولد كهرومائي ينتج تيارا شدته حوالي 1 أمبير وشدة تيار بحوالي 12 واط.

وقد تم اعتماده لمدة سنتين وكان كافيا لتشغيل عدد من المصابيح ومذياع.

في هذا النموذج لم يتم صنع مولد كهربائي، بل قمنا بالاستعانة بمحرك من فئة tape drive motor. إذا أمكنك الحصول على محرك كهذا فسترتاح من صنع المولد الموصوف كاملا في هذا المقال. يكفي أن تأتي بحزام تربطه بالعنفة المائية وتوصل قطبي المحرك ببطارية 12 فولط وانتهى الأمر.

لكن إذا أردت أن تتعلم صنعه من البداية فهلم بنا نتابع مراحل هذا المقال.

نقدم لك مقطعا بالصوت والصورة لتفهم عملية الطاقة الكهرومائية:

الراتنج:

هو مادة صبغية يمكن إنتاجها طبيعيا أو كيميائيا. فأما طبيعيا فهي المادة الصبغية التي تفرزها بعض الأشجار لاسيما الأشجار الصنوبرية منها. وأما كيميائيا فستجد أننا سنتحدث عنها في هذا المقال واستغلالها لصنع مولد الطاقة الكهرومائية.

بالإنجليزية: Resin

بالفرنسيــة: Résine

المقوم الجسري:

عبارة عن جهاز كهربائي يقوم بتحويل الإشارة الكهربائية المترددة إلى إشارة تيار مستمر. وهو شائع الاستخدام في الكثير من التطبيقات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية مثل الشاحن الكهربائي ومجسات الإشارة المذياعية.

بالإنجليزية: Bridge rectifiers

بالفرنسيــة: Redresseurs

العربية
إنجليزية
فرنسية

الكمية

القيمة أو الصيغة

أنبوب معدني

1 أو 2

بحوالي قطر ”4 (10.16 سنتمتر)

صحن معدني

1

بحوالي قطر ”12 (30.48 سنتمتر)

1

بحوالي قطر ”12 (30.48 سنتمتر)

وبه فجوة في الوسط قطرها ”4 (10.16 سنتمتر)

قضبان معدنية

4

طولها حوالي ”10 (25.4 سنتمتر)

5

طولها حوالي ”5 (12.7 سنتمتر)

أسلاك نحاسية

صنف 17# أو نوع آخر فلا مشكلة

مغناطيس

Magnet

24

من صنف نيوديميوم (Neodymium) إذا كان ممكنا. أبعاد هذا المغناطيس هي:

1×2×0.5 inch

2.54×5.08×1.27 cm

مقوم كهربائي

Voltage Regulator

1

مرحل
Relay
Relais

1

بطارية
Battery

1 أو أكثر

12 فولط

مادة الراتنج
Resin
​Résine

أو أي مادة شبيهة لها كالبلاستيك المذاب أو البوليستر أو شيئا كهذا.

بدأنا بمجموعة من الخردة مكونة من عارضة حديدية قائمة وصفائح معدنية.

سنحاول في ما يلي صنع عنفة مائية شبيهة قدر الإمكان بالتصميم الذي تراه في الصورة الجانبية.

قم أولا بتقطيع الأنبوب المعدني لصنع الشفرات التي ستكون لنا عنفة المولد.

طول الشفرات وعرضها يعتمد عليك. المهم، احتجنا في مشروعنا هذا 16 شفرة.

الصحن الذي استخدمناه لصنع العنفة له قطر بحوالي 30.48 سنتمتر.

قمنا أولا برسم تصميم على ورق وألصقناه بالصحن حيث وزعناه إلى 16 قسم ليناسب 16 شفرة. ووضعنا أيضا 5 دوائر للثقوب.

المهم، تصميمنا ليس قطعيا، ولك كامل الحرية في اختيار عدد الأقسام وحجم الصحن الذي تري أن تصنع منه العنفة.

قم بوضع الصحنين واحدا فوق الآخر، ثم قم بثقب مواضع الثقوب التي سنحتاجها فيما بعد.

من بين الأشياء التي ستساعدنا فيها هذه الثقوب هو معرفة تموضع الشفرات بدقة.

جعلنا مسافة 25.4 سنتمترا بين الصحنين اللذين واحدناهما بأربعة قضبان معدنية. ومن الأفضل أن تكون هذه القضبان الأربعة موزعة على شكل مكعب بين الصحنين.

قم الآن بتلحيم الشفرات واحدة تلو الأخرى بأدق ما يمكنك فعله.

ملاحظة: إذا كان معدن الشفرات مطلي بمادة أخرى كالزنك مثلا، فعليك أن تزيله أولا قبل أن تبدأ عملية اللحام. يجب أن تفهم أن هذه المواد قد تنتج غازات سامة فانتبه وخذ حذرك.

أصبحت العنفة الدوارة شبه جاهزة. سنحتاج لزيادة بعض اللحام لاحقا.

في الجهة اليسرى للعنفة ترى أن الصحن به 5 ثقوب، في الجهة اليمنى يقع الصحن الثاني الذي به الفجوة ذات القطر 10.16 سنتمتر سنستخدمها لإلصاق العنفة بالدوار الذي سنتطرق لصنعه بعد قليل.

صممنا أيضا فوهة توجه الماء وتجمعه لينصب على العنفة مباشرة. عرض الفوهة هو بنفس عرض العنفة أي في حالتنا هذه حوالي 25.4 سنتمتر.

الصورة الجانبية غير واضحة لكن التي تليها تبين لك شكل الفوهة بشكل جيد.

ستنظر أننا قد أضفنا محورا على الصحن الأول حتى يتحرك بحرية.

يتكون المولد الكهرمائي من ثلاثة أجزاء رئيسية: الصحن الثابت والصحنين الدوارين. يبين لك الرسم التالي التصميم العام للمولد الذي نريد صنعه.

يتكون المولد من صحنين دوارين تحتوي على عدد من المغانيط المتنافرة وصحن ثابت يحتوي على عدد من الوشيعات (الملفات).

ملاحظة 1: تصنيع الصحن الثابت والصحنين الدوارين هو طبق الأصل لما هو موصوف لصنع مولد الطاقة الريحية.

ملاحظة 2: ارجع لموقع إصنعها ثم ادخل لقسم الطاقة ومن ثم فالطاقة الريحية وستجد مقالات مفصلة حول صنع الصحن الدوار والصحن الثابت لهذا النوع من المولدات. المهم، سنحاول مجملين التطرق إلى كيفية صنعها مرة أخرى هنا.

يتم ترتيب المغانيط (شمال – جنوب – شمال – جنوب) حول محيط الصحن الدوار. وفي الجهة المقابلة على الصحن الثابت، تكون الوشيعات مقابلة للمغانيط. عندئذ، عندما تدور المغانيط، يتم توليد الحقل المغناطيسي الذي يبدأ رحلته بالانتقال من وشيعة إلى مغناطيس ثم عبر الدوار ليصل للمغناطيس المجاور وينتقل للوشيعة المقابلة وهلم جرا...الرسم التالي يبين لك ما نقول:

قم أولا بالحصول على أسلاك نحاسية من صنف 17#. إذا استخدمنا الأسلاك العادية المعزولة بالبلاستيك فاننا سنضيع قدرا كبيرا من الطاقة. لذلك يجب علينا استخدام الأسلاك المغلفة (المعزولة) كالتي تلف بها المحركات والتي تتيح لنا أكبر استفادة من الطاقة.

سنحتاج لتسعة وشيعات. إصنع كل وشيعة (الملف) بحيث تتكون من 125 لفة.

سننشأ 3 مجموعات (نسميها أطوار) حيث أن كل طور يتألف من 3 وشيعات مركبة على التوالي كهربائيا. تلتقط وشيعة واحدة منها كمية معتبرة من الجهد الكهربائي في حقل مغناطيسي متغير، فما بالك بـ 9 وشيعات او أكثر. حتما سيحتفظن بقدر كبير منها ولا تنسى مراعاة التوازن في عدد اللفات مع عدد الوشيعات.

نقوم بإبراز 6 أسلاك كما ترى في الصورة السابقة لننشئ ما يسمى توصيل النجمة أو توصيل دلتا. لك الحق الكامل في اختيار أي طريقة توصيل تحب، وسنتكلم عنها لاحقا...

عند لف الوشيعات وإلصاقها معا على صفيحة الصحن الثابث، عندئذ سنقوم بسكب الراتنج الأيبوكسي او البوليستر لتغطيتهن وحمايتهن وبعد ذلك يتم ربط اطراف الملفات مع بعضها على التوالي كما هو موضح بالصورة التالية.

تم صنع الصحن الثابت بقطر "14 (أي 35.56 سنتمترا) وسمك "1/2 (أي 1.27 سنتمترا).

قمنا بصنع نموذج من خشب البلايوود (plywood) وحددنا فيه 12 موضعا بحسب عدد المغانيط.

ترى بجانب هذا النموذج القالب الخشبي للصحن الدوار.

سنتسخدم النموذج ونضعه على الصحن الصحن الدوار ليساعدنا على تثبيت المغانيط بشكل جيد.

بطبيعة الحال سنحتاج لصحنين نثبت على كل واحد منهما 12 مغناطيسا.

أما عن طريقة وضعها على كل صحن فاتبه النصائح التالية:

افترض أنه عندنا 8 قطع مغناطيسية على كل دوار. وكل قطعة لها قطب شمالي وآخر جنوبي. يجب أن تصطف القطع المغناطيسية على كل قرص بحيث تكون بهذا التسلسل: شمال – جنوب – شمال – جنوب... وحتى لا تخطأ في هذه الطريقة قم بوضع أول قطعة على القرص وقبل أن تضع الثانية قم بالتأكد من قطبها السفلي هل ينجذب إلى القطب العلوي للقطعة السابقة أم لا. إذا كان لا ينجذب فضعه كما هو بمحاذاتها لأنه يمثل عكس سابقه. استعن بالشكلين جانبه من أجل أن تفهم عما ندندن حوله هنا.

انتبه إلى طريقة تشكيلهما فكل قرص يمثل عكس الآخر. ستكون النتيجة النهائية كما ترى في الشكل جانبه وإذا قربت وجهي القرصين من بعضهما البعض فإنهما سينجذبان.

قم بطلي الصحنين الدوارين باستعمال مادة الراتنج أو أي مادة أخرى عازلة تتصلب عند وضعها عليهما.

الشكل 1: طريقة وضع المغناطيسات

الشكل 2: الدوارين غير متشابهين

هنا يبدوا لك أننا قمنا بتجميع العنفة والصحن الثابن والصحنين الدوارين.

الصورة جانبه تظهر لك التجميع من الجهة الأمامية.

وهذه الصورة تظهر لك التجميع من الجهة الخلفية.

ستجد معلومات مفصلة عن الموضوع في المقال التالي:

الـمولد الأفقي للطاقة الريحية – الجزء 4

ملاحظة: طريقة صنع المولد الكهروهوائي لا تختلف كثيرا عن تلك للمولد الكهرومائي. لذا، يمكنك الاعتماد على المقال المذكور من أجل صنع هذا المولد أيضا.

هذه الخطوة غير ضرورية لكنها قد تكون مهمة في جعل المشروع مقبولا بجماله وجودة تصميمه.

قم بطلاء جميع أجزاءه بألوان خاصة بك وبذوقك الخاص.

ستحمي الصباغة اجزاء المولد الكهرومائي من التلف وكذلك عزل الأجزاء الكهربائية من الماء.

سيبدوا المشروع في النهاية كما تره في الصور جانبه.

لامتحان عمل مولدنا الكهرومائي، بنينا سدا صغير يعترض أحد الجداول المائية بالقرب منا.

أحضرنا أنبوبا بقطر 10.16 سنتمتر وتم دمجه مع السد الصغير ومن الأفضل أن تجعله يأتي من أسقل السد كما ترى في الصورة جانبه.

سيدخل الماء للعنفة من الأعلى (يعني حوالي الزاوية لموضع الساعة 10)، وينساب خلالها ليخرج من الأسفل (يعني حوالي الزاوية لموضع الساعة 5). وبالتالي سيضرب الماء العنفة مرتين من الأعلى والأسفل.

هنا حيث ينساب الماء بقوة فيدير العنفة بسرعة وقد أنتج لنا المةلد الكهرومائي تيارا كهربائيا شدته 1.9 أمبير. كنا نطمح لو كانت 2 أمبير، لكن بعد القيام بعدة تعديلات ومحاولات ضبط للمولد لم نستطع أن نتجاوز 1.9 أمبير.

أيضا، جربنا توصيل النجمة وقارناه بتوصيل دلتا، فلاحظنا أن توصيل النجمة هو الأفضل. ينتج هذا الأخير طاقة أكبر بقليل عند المقارنة بنفس عدد دورات العنفة واتساع الفجوة بين في الصحنين الدوارين للتوصيل دلتا.

تعتبر الفجوة أو التباعد 3 سنتمترا بين الصحنين الدوارين متسعا أكثر. ولذا، خذ بعين الإعتبار أنه يمكنك صنع هذا المولد بأرخص ما يمكن عن طريق الإعتماد على مغانيط صغيرة، وفجوة ضيقة، ويمكن أن تكون كفاءة المولد الكهرومائي أحسن بنفس المغانيط والفجوة الضيقة لكن يتطلب منك صنع الوشيعات من سلك سميك ولفات قليلة.

تعتمد طريقة التوليد على تحويل طاقة الوضع للمياه إلى طاقة حركية أولا حيث ينهدر الماء من عالي ليدير توربينا، فيدير بدوره مولد كهربائي وينتج لنا طاقة كهربائية. تعتمد كمية الطاقة المنتجة على كمية الماء المارة بالثانية وعلى ارتفاع الماء، فكلما زاد معدل كمية الماء المار في التوربين زادت الطاقة المنتجة، وكلما زاد ارتفاع الماء زادت الطاقة الناتجة أيضا، ومعامل التناسب هو عجلة الجاذبية الأرضية كما سنراه هنا.

لتوليد الكهرباء من طاقة وضع الماء يستلزم ما يلي:

1. يبنى سد على مجرى مائي، فيحجز الماء خلفه لتتكون بحيرة اصطناعية عالية بسعة مائية كبيرة. وتعتمد طاقة الوضع في ذلك الخزان الكبير على كمية المياه التي يحتويها (وبالتالي كتلتها)، وعلى ارتفاع منسوب الماء، وعلى الجاذبية الأرضية، طبقا للمعادلة الرياضية:

طاقة الوضع = كتلة × الجاذبية الأرضية × ارتفاع

حيث:

• • نقيس الكتلة بالكيلوغرام

  • الجاذبية: 81 .9 متر/ مربع الثانية

  • الارتفاع: بالمتر (ارتفاع منسوب الماء بالنسبة للتوربين)

2. عند فتح المنفذ المائي في السد، تتدفق المياه بتأثير الجاذبية، وتتحول طاقة الوضع الكامنة في الماء إلى طاقة حركية. وإذا أهملنا مقاومة أنبوب تدفق المياه أثناء حركتها إلى التوربين يمكن القول أن طاقة الوضع للماء تتحول بكاملها تقريبا إلى طاقة حركية تدير التوربين.

3. يدير التوربين بدوره مولد الكهرباء في معمل التوليد وينشأ التيار الكهربائي. يعتمد مردود هذه العملية على كفاءة تدوير العنفات، ومقدار الطاقة المهدورة بالاحتكاك خلال التدوير.

4. في المولد الكهربائي تتحول طاقة التدوير الآلية بواسطة المجال المغناطيسي العالي الموجود به إلى توليد الطاقة الكهربائية بالحث المغناطيسي، تماما كما في مولد الدراجة (يسمى أحيانا "الدينامو") أو السيارة.

5. أخيرا تنقل الطاقة الكهربائية المولدة إلى شبكة التغذية بتوتر عال لتقليل الهدر الناجم عن مقاومة التيار الكهربائي في الأسلاك.

تستعمل تقنيات أخرى في توليد الطاقة الكهرَمائية، كاستخدام طاقة المياه الحركية في الأمواج مثلا أو طاقة المد والجزر.