Bygge av enkel bromsbänk

[Zigge]

Bygger man något, som ett vattenhjul t.ex. kan det vara kul att bromsa hjulets effekt. Kan man det, kan man också testa de förändringar man gör och effekten av dessa, exempelvis skovlarna form och vinkel.

Själv tänker jag använda den här bromsen för att konstruera ett så effektivt hjul som möjligt, för att mäta förlusterna i kilremstransmissionen och för att kunna konstruera en generator anpassad för hjulets effekt.
Det jag hoppas på är 60 procents verkningsgrad för vattenhjulet och 80 procent för generatorn.

Innan jag tar åt mig äran av den genialt enkla konstruktionen vill jag tala om att jag hittat den i Vi Båtägare.  

http://hem.passagen.se/publikmagneten/
(se "Bromsbänkstest")

[Bo]

av min stirlingmotor tänkte jag låta den lyfta en tyngd i ett snöre lindat på en axel. De kilopondmeter per sekund jag då som mest kan mäta, multiplicerar jag med tio för att få effekten i watt. - Nästan rätt.

[Zigge]

Tror du inte det blir svårt att hinna med i svängarna när tråden lindas upp runt axeln?

[ollebolle]

Bra idé med upprullat snöre. Det räcker ju att få en hum om effekten och det är mycket enkelt. Jag brukar beräkna effekt enligt den gamla formeln 1 hk=75 kP 1 m på en sekund. Detta blir 735 W.

När jag ser en bäck som har några meter fall kan jag göra en överslagsberäkning genom att se hur fort vattnet rinner, hur stor mängd och antal meter fall. Då drömmer jag om att ha en bäck på tomten och få egen ström.

Min kusin yxsmedens far hade en smedja vid en fors där han byggt en turbin och generator. Som liten var jag imponerad av anläggningen som gav ström till boningshuset och smedjan.

[Bo]

om man tänker en newton som cirka 0,1 kilopond eftersom en newtonmeter per sekund är en watt.

Jag menar att vi bör sluta att snegla lystet på de sista vattendragen.

[Zigge]

Bäckar är fina att plocka effekt ur. Vid mitt barndomshem här uppe har vi en bäck med en fallhöjd på totalt 200 meter, men det är på en sträcka av närmare 2 kilometer. Huset ligger ca: 30 meter från bäcken och även om man bara utnyttjar en del av fallhöjden skulle det ge skapligt med energi. Min morbror som bor där lyssnar inte på mig när jag pratar om detta. Fablernas värld, säger han bara.  

[Zigge]

De sista vattendragen kanske ligger på privat mark och finns det ingen fisk i dem är det väl bara att bygga. Kanske ligger de också i glesbygden dit ingen människa hittar, så varför inte?  

[ollebolle]

200 meters fallhöjd!

Vad kostar en 2 km lång slang? Var tar gamla brandslangar vägen t.ex?

Kan du klura ut det och omärkligt smyga in slangen i landskapet har du ganska duktigt med energi i slutet på slangen.

Du får tyngden av hela vattenpelaren som trycker på, ungefär 3 liter per meter x 200m=600Kp eller 6000N. Säg att du släpper ut 0,3 liter per sekund genom en gammal kraftig centrifugalpump med asynkronmotor så får du 600W.  

0,3 l/sekund blir ung 2 hinkar i minuten och det ska väl inte vara några problem att få slangen att avge. Det kan nog bli tiodubbelt men då får du nog ha stela rör de första 10-20 fallmeterna så slangen inte sugs ihop. Då har man 6000W om jag inte räknat fel på 3 nollor som det brukar bli i tekniska artiklar.

Bo, du får kontrollräkna min överslagsberäkning.

Slangen behöver heller inte synas utan kan ligga under barren.  Alltså ingen miljöpåverkan.   Det kan bli små trevliga springbrunnar på ställen där slangen har små hål.
   
Sen kan du Zigge bjuda in din morbror till fablernas värld så han får känna på bäckakraften i form av elvärmen i stugan.

Jag ska se om jag kan hitta 2 km slang åt dig. Men som vanligt är väl praktiken inte så lysande som teorin.

[Bo]

För varje liter per sekund och 200 meters fallhöjd blir det max 2 kilowatt effekt. Styv slang eller plaströr kan man säkert få tag på billigt begagnat.

Bygger man en damm skall den likna en bäverdamm så att man kan skylla på dom.

Själv skulle jag inte kunna hålla fingrarna i styr men som sagt, - skall de sista vattendragen ha en chans, måste vi träna oss i självbehärskningens konst.

Lägg er energi istället på el från vedbrasan.

[ollebolle]

Tack Bo!

Zigge kan nog inte hålla fingrarna i styr heller.

Det blir högt tryck i slangens nedre ände. 20 Bar så där krävs hållbara don.

Kanske går att armera  med något starkt och billigt.

[Bo]

Kanske räcker med galvade tvåtumsrör.

Eventuellt kan man ha en kugghjulspump istället för turbin.

[ollebolle]

Ja, får man tag i kraftiga stålrör så kan man ha dem i nedre änden och i början med brandslang i mitten. Jag skulle tro man får ta det som man får tag i. 2 km är en ansenlig sträcka. Synd att det är så långt.

Men om du istället tar de sista 200 meterna. Är det fallhöjd kvar där? Då kan du kanske istället ta en större rördiameter om det finns vatten tillräckligt.

Får man ut 5kW kontnuerligt så klarar man husets elbehov. 8000 timmar 5 kW= 40000 kWh. Inte illa.

[Zigge]

Jag kollade lite slarvigt på höjdkurvorna förut, totala fallhöjden är 160 meter. Man behöver ju inte utnyttja hela fallhöjden och lägger man kraftverket där han har huset skulle fallhöjden bli 50 meter på en sträcka av ca: 700 meter (70 meter om man drar 1100 meter slang).
Flödet i bäcken vet jag inte riktigt (ska mäta i sommar), men jag skulle gissa att det sällan går under 50 l/s. Under vårarna och regniga somrar och höstar kan det stiga rejält, kanske till ett par kubik. I bäcken finns förresten gamla rester av sågar och spånhyvlar som drivits av vattenhjul.

Jag har räknat på förluster i tuber, priser o.s.v. förut och det bästa jag kom fram till var 25-centimeters glasfiberarmerade plaströr för 25 kr/meter. Vilka förluster detta gav kommer jag inte ihåg, men räknar man med ett flöde på 25 l/s och plockar bort 5 meter (10%) på fallhöjden i fallförluster i tuben, har man ändå 9,81*0,025*45 = 11 kW och med en verkningsgrad strax under 80% för genrator och turbin blir det 8 kW elenergi rakt in i huset, eller 70.000 kWh årligen, vilket bör räcka till det mesta.

Rören skulle kosta 17.500 kronor och en generator på 8 kW har jag hittat hos Jula för 5995 kr. Vad turbinen och det övriga skulle kosta har jag inte en aning om, för jag har aldrig tittat på så stora anläggninar tidigare.

Vill man göra det billigare kan man göra en liten damm och begränsa fallhöjden till tre meter och släppa 50 l/s genom turbinen, vilket då skulle ge runt 1000 watt efter förluster i turbin och generator. Kan man själv svetsa ihop en cross flow-turbin och bygga en PMG blir kostnaden inte stor...några tusenlappar kanske.
Jag har varit sugen på den här bäcken länge, men det finns ett hinder - Fablernas värld.  

300 meter ovanför min egen stuga har jag en å som mynnar ut, men där är förutsättningarna sämre (bara ca: 2 meters fallhöjd/100 meter), dessutom finns det fisk i ån och många är där och fiskar, så det kan jag glömma.
500 meter nedanför stugan kan jag plocka ut två meters fallhöjd, men där håller också fiskarna till.
Bästa läget har jag en kilometer bort. Där är en dammbyggnad med ett fall på 5-7 meter. Flödet är 46 m³/s och kraften i vattnet är enorm (ryser bara man tittar ner), men skulle jag börja bygga något där blev jag nog inlåst.  

Vad som återstår är alltså bara det här:

[Bo]

blir det bra effekt med små flöden. En två centimeters pvc-slang kan räcka. Det blir 50 kiloponds tryck (16 bar gånger pi kvadratcentimeter) och ett flöde på 4 meter per sekund (2 liter) kan teoretiskt ge 2 kilowatt.

Lätt att gömma också. Jag skulle som sagt valt en kugghjulspump istället för turbin. Det finns urstarka sådana och med valfri utväxling.

[ollebolle]

Ja Bo, kugghjulspump i den storleken. Man får ut varje gnutta energi om den är tillräckligt stor. Förlusterna blir i generator och framförallt i slangen. Synd att man inte har lite fallhöjd.

[Zigge]

Fallförlusten i en tvåcentimeters plastslang kommer att bli nära 100 procent. Vattnet kommer bara att rinna ur den helt utan tryck. Man kan heller inte räkna med en vattenhastighet på 4 m/s, så fort kommer inte vattnet att rinna i slangen. Räknar man ändå på en vattenhastighet av 4 m/s får man en friktionsförlust i slangen som motsvarar drygt 9,1 kilometer i fallförlust = orimligt.

hf = L x v²/M² x R^3/4

hf = friktionsförlust i meter
L = vattenvägen längd i meter
v = vattenhastigheten i m/s
M = manningstal = 100 för plaströr med slät insida
R = hydrualiska medeldjupet = slangens arean / omkrets

R beräknas genom A/p
A = area
P = våta perimetern =  plastslangen inre omkrets

...bra att veta innan man springer iväg och köper 2 kilometer plastslang.  

[Bo]

för friktionsförluster i polyetenslang?

[Zigge]

På den här sidan...där jag även hittat formeln. Kolla under vattenkraftsmatematik.

http://www.kuhlins.com/

[Bo]

att få ordning på matten där. Man ville ju se resultatet som ett tryckfall i procent.

Man ser i sommarstugeområden att vattendistributionen fungerar bra med rätt så klen slang.

[ollebolle]

Jag får det till ungefär 30 m när jag räknar på en 50 mm slang men vet inte om jag räknat rätt.