2 meters överfallshjul

[Jernet]

Jag vet inte om det går att svara enkelt på denna fråga, men jag chansar iaf.

Säg att vi har ett överfallshjul typ detta http://www.youtube.com/watch?v=Y_YEyAEw ... re=related fast diametern 2meter.
Vad är rimligt att man får ut för effekt ur ett sådant?
Fallhöjd blir väl drygt 2 meter, och flödet är väl egentligen obegränsat om man räknar på hjulets storlek.
Det finns alltså gott om vatten i älven.
Vad ska man ha för bredd på ett sådant hjul?

[Göran]

För att få ut effekten i watt i just ditt fall med två meter fallhöjd, kan du förenklat räkna flödet i liter x 10 för att få fram effekten. Denna förenklade formel bygger på en total verkningsgrad på 50% = realistiskt för ett hembygge.

100 liter/sekund x 10 = 1000 watt. 200 l/s = 2000 watt, o.s.v.

Bredden på hjulet avgör hur mycket vatten det kan sluka och jag vet inte om det finns några direkta begränsningar.

[KennethE]

Hur många kilo vatten lygger det totalt på skovlarna? Med ett låghastighetshjul borde det ju främst vara vikten på vattnet gånger fallhöjden som bestämmer kraften? Ett hjul med bredare skovlar, gärna konkava så att vattnet ligger kvar längre borde alltså ge mer kraft.

Med högre hastighet på vattnet tillkommer ju vattnets tryck på skovlarna när dessa bromsar vattnet, alltså en turbineffekt av den typ som används i t.ex. skvaltkvarnar.

För den matematiskt begåvade borde det alltså inte vara alltför komplicerat att räkna på så länge man inte behöver alltför stor noggrannhet.

[Jernet]

För att få ut effekten i watt i just ditt fall med två meter fallhöjd, kan du förenklat räkna flödet i liter x 10 för att få fram effekten. Denna förenklade formel bygger på en total verkningsgrad på 50% = realistiskt för ett hembygge.

100 liter/sekund x 10 = 1000 watt. 200 l/s = 2000 watt, o.s.v.

Bredden på hjulet avgör hur mycket vatten det kan sluka och jag vet inte om det finns några direkta begränsningar.

Tack! Detta var precis det jag behövde veta.

[Göran]

Ja Kenneth, alla typer av vattenhjul utnyttjar vattnets potentiella energi, så visst är det vikten på vattnet som räknas (massa x gravitation x höjd) . Alla typer av vattenhjul kanske är att ta i, det finns undantag, men även moderna underfallshjul bygger på den principen.

[KennethE]

Bra, då hade jag fattat någorlunda rätt.

[intresseradmenejnörd]

Men hallå där! Kan bara inte låta bli lägga min näsa i blöt här.

Jag har läst mig till att det går att utvinna energin i ett vattenfall på tre olika sätt:

Som tyngdenergi: ex. "överfallshjul" (lågt varvtal och hög verkningsgrad)

Som rörelseenergi: ex. "underfallshjul" (högre varvtal men lägre verkningsgrad)

Som tryckenergi: ex. "vattenturbin" (högt varvtal och hög verkningsgrad)

Har för mig att ett "överfallshjul" karaktäriseras av hög verkningsgrad, minst 90 %, och ett förhållandevis lågt varvtal.

Jag tycker att det borde gå att göra ett överfallshjul med en god verkningsgrad om man använder en beprövad konstruktion.
Måste vara ett jättekul projekt om man gillar att jobba med trä.

Rekommenderar den här länken för intresserade av vattenhjul. Den är engelskspråkig men det finns massor av bilder.

http://www.waterwheelfactory.com/index.htm

Är det någon som har synpunkter på mitt inlägg så kommentera gärna!

[KennethE]

Det låter ganska exakt som vad jag komit fram till genom att fundera.

Fast ifall man på varje blad i hjulet på bilden skulle spika fast en tvåtumslist skulle det hålla kvar en del av vattnet en lite längre bit av färden nedåt, speciellt den del då det ligger "klockan 9" då hela kraften är riktad nedåt och längst ut från centrum, alltså då hävstångskraften är som störst. Där finns nog en del förbättringar att prova.

Idealet ur vissa aspekter borde vara nästan slutna behållare som fylls precis efter högsta läget och töms blixtsnabbt precis innan den nått lägsta punkten. Det skulle innebära fler rörliga delar som kan krångla, men skulle kunna vara en tanke att utgå ifrån som ena extremen innan man börjar jämka ihop faktorer och kompromissa.

[Göran]

Även om man med hjälp av munstycken riktar strålar mot skovlarna i en peltonhjul är det ändå fallhöjden som avgör effekten, så det handlar även här om lägesenergi (potentiell energi).

För äldre typer av vattenhjul av underfallstyp utnyttjade man vattnets rörelseenergi, men det var på den tiden innan man visste något om potentiell och kinetisk energi. Olika typer av turbiner som står i strömmande vatten, där har man inget annat val än att utnyttja vattnets rörelseenergi, när fallhöjd saknas.

[KennethE]

Så länge man har rörelse hos vattnet går det ju att utvinna energi, och vattnet rör sig inte utan någon fallhöjd, men är den bara några decimeter på kanske 100 meter funkar inte överfallshjul, det effektivaste kanske borde vara en lång flytande skruv? Ju längre desto med kraft, låt vara med lågt varvtal, men det går ju att lösa genom utväxling.

En effektiv utväxling är att kombinara skriven med en archimedesskruv och låta den pumpa upp så mycket vatten den klarar till högre höjd, så långt har man ganska små förluster. Låter man sedan vattnet falla ner igen via ett väl konstruerat överfallshjul eller en efektiv turbin bör man inte heller få några stora förluster, frågan är ifall man kan få lika små förluster med remskivor och en rem? En fördel med den lösningen är ifall vattendraget har ojämnt flöde och kanske bara kan användas när det regnat, då kan man mellanlagra vattnet i en högt belägen damm och på det sättet jämna ut energitillgången, det är svårt att göra på något annat sätt utom möjligen med batterier, men det behövs många batterier för att lagra lika mycket energi som i en relativt liten damm på några meters höjd.

[Göran]

Kenneth, vad har jag sagt om perpetuum mobile-konstruktioner?
Det går inte att utvinna mer energi än vad skruven ger, så att pumpa upp vattnet och låta det falla över ett överfallshjul orsakar bara ytterligare förluster.

Visst krävs lutning för att vatten ska rinna, men om vi ändå ser strömmande vatten som vatten utan fallhöjd, är det bara vattnet kinetiska energi som kan utvinnas och då gäller samma matematik och principer som för vindturbiner. Det gäller att bromsa vattnets hastighet så mycket som möjligt för att utvinna energi, men precis som i luften så låter det sig inte göras hur som helst, för uppstår hinder i form av turbiner, hjul, eller skruvar, rinner vattnet helst vid sidan om.

Att leda vatten i en tub är ett sätt att skapa fallhöjd, men är åns fallhöjd låg blir tuben lång och friktionsförlusterna enorma. Man måste använda tuber med mycket stor diameter i förhållande till det vatten som rinner i den och det kostar för mycket. Ett exempel på misslyckande är en 1-tums-slang dragen 500 meter för att få vatten till ett fritidshus (har sett sådana exempel) och trots rejäl fallhöjd är det knappt att det rinner ur slangen, p.g.a. av friktionsförlusterna som fungerar som en "broms" i slangen. Det gäller alltså att leda vattnet med låg lutning och med låg hastighet för att sedan släppa det rakt ned sista biten, men det kostar och naturen kanske inte tillåter den typen av installationer.

[KennethE]

Min poäng var att jämföra olika typer av utväxling, motsvarande princip används ju t.ex. mycket inom hydralteknik. Remskivor och rem kan enligt min erfarenhet ge ganska mycket friktionsförluster, de kan dessutom inte ge den energilagring och därmed -utjämning jag nämnde. Det var avsett att vara ett tankeexperiment för att tänka i lite nya banor. Sådant är oftast inte produktivt men det är samtidigt från sådant de verkligt stora genombrotten kan komma.