Επιλογή Γεννήτριας Υδροτουρμπίνας: Μέτρηση Ύψους Πτώσης και Παροχής

Για να καθοριστεί εάν ένας ποταμός είναι κατάλληλος για παραγωγή ενέργειας και ποια κλίμακα γεννήτριας υδροτροχού είναι κατάλληλη, το πρώτο βήμα είναι η μέτρηση δύο βασικών δεδομένων: του ύψους πτώσης νερού (water head) και της παροχής. Αυτά τα δύο δεδομένα καθορίζουν την ισχύ παραγωγής και αποτελούν τη βάση για την επιλογή και την προσφορά γεννητριών υδροτροχού.

Η μέτρηση δεν απαιτεί επαγγελματίες μηχανικούς· όλα όσα χρειάζονται είναι ένα κινητό τηλέφωνο και ένα κουβάς.

Μέτρηση του ύψους πτώσης νερού (Water Head)

Το ύψος πτώσης νερού (water head) αναφέρεται στην κατακόρυφη διαφορά ύψους μεταξύ της εισόδου και του σημείου εγκατάστασης της γεννήτριας υδροτροχού. Μετράται σε μέτρα. Υπάρχουν δύο τύποι ύψους πτώσης νερού: το συνολικό ύψος πτώσης (gross head) και το καθαρό ύψος πτώσης (net head).

Η μεγίστη υψομετρική διαφορά αναφέρεται στην κατακόρυφη πτώση μεταξύ των επιπέδων νερού στην ανωρεία και στην κατωρεία, δηλαδή στη θεωρητική συνολική υψομετρική διαφορά· ενώ η πραγματική υψομετρική διαφορά αναφέρεται στην πραγματικά χρησιμοποιήσιμη πτώση της υδροτουρμπίνας-γεννήτριας. Λόγω των απωλειών τριβής που προκαλούνται από τη ροή του νερού μέσω του σωλήνα εισόδου (σωλήνα πίεσης), η πραγματική υψομετρική διαφορά είναι πάντα ελαφρώς μικρότερη από τη μεγίστη υψομετρική διαφορά. Αυτό αποτελεί τη βάση για τον υπολογισμό της πραγματικής παραγόμενης ισχύος.

Υπάρχουν κυρίως τρεις συνηθισμένες μέθοδοι μέτρησης:

Εφαρμογή κινητού τηλεφώνου – Μετρητής ύψους

Ανοίξτε τη λειτουργία μέτρησης υψομέτρου στο κινητό σας τηλέφωνο (στα iPhone μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ενσωματωμένη εφαρμογή «Πυξίδα»· στα Android μπορείτε να κατεβάσετε δωρεάν μια εφαρμογή μέτρησης ύψους). Καταγράψτε το υψόμετρο στο προκαθορισμένο σημείο εισόδου, στη συνέχεια περπατήστε μέχρι το προκαθορισμένο σημείο εγκατάστασης της υδροτurbίνας και καταγράψτε εκ νέου. Η διαφορά μεταξύ των δύο αναγνώσεων αντιστοιχεί στο ύψος της υδραυλικής κεφαλής. Αυτή η διαδικασία διαρκεί μόνο περίπου δύο λεπτά. Η λήψη πολλαπλών μετρήσεων και ο υπολογισμός του μέσου όρου τους μπορεί να μειώσει τα σφάλματα.

Μετρητής πίεσης

Εάν ο υδραυλικός αγωγός έχει ήδη εγκατασταθεί, μπορεί να τοποθετηθεί μανόμετρο στο τέλος του αγωγού. Κλείστε τη βαλβίδα για να σταματήσει η ροή του νερού στον αγωγό. Η ένδειξη σε αυτή την περίπτωση αντιστοιχεί στην πίεση που μετράται από το μανόμετρο. Η σχέση μετατροπής είναι: 1 bar ≈ 10 μέτρα υδραυλικής κεφαλής, 1 MPa ≈ 100 μέτρα υδραυλικής κεφαλής. Όταν η βαλβίδα είναι ανοιχτή και η υδροτurbίνα λειτουργεί κανονικά, η τιμή που εμφανίζει το μανόμετρο αντιστοιχεί στην καθαρή υδραυλική κεφαλή.

Υψόμετρο ή GPS

Εάν οι συνθήκες επιτόπου το επιτρέπουν, η χρήση ενός οριζόντιου μετρητή για τη μέτρηση της διαφοράς στάθμης του νερού μεταξύ ανωρείθμου και κατωρείθμου είναι η πιο ακριβής μέθοδος. Εναλλακτικά, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί συσκευή GPS με λειτουργία μέτρησης υψομέτρου.

Μέτρηση Ροής

Η ροή αναφέρεται στον όγκο νερού που διέρχεται σε μία μονάδα χρόνου, συνήθως μετρούμενη σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m³/s) ή λίτρα ανά δευτερόλεπτο (L/s). Μόνο γνωρίζοντας την ταχύτητα ροής μπορεί κανείς να επιλέξει καλύτερα την κατάλληλη γεννήτρια υδροτροχού.

Μέθοδος Κάδου: Κατάλληλη για Ροές Μικρού Μεγέθους

Για μικρές ροές, αυτή είναι η απλούστερη και πιο ακριβής μέθοδος:

● Χρησιμοποιήστε πέτρες ή ξύλινες σανίδες για να κατευθύνετε το νερό σε μία μόνο έξοδο·

● Τοποθετήστε έναν κάδο με γνωστή χωρητικότητα κάτω από την έξοδο και χρησιμοποιήστε το χρονόμετρο ενός κινητού τηλεφώνου για να καταγράψετε τον χρόνο που απαιτείται για να γεμίσει ο κάδος·

● Ροή = Χωρητικότητα κάδου / Χρόνος γέμισης (s).

Για παράδειγμα, αν ένα δοχείο των 20 λίτρων γεμίζει σε 4 δευτερόλεπτα, τότε ο ρυθμός ροής είναι 20 / 4 = 5 L/s. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι πρέπει να ληφθούν πολλαπλές μετρήσεις και να υπολογιστεί ο μέσος όρος τους για να επιτευχθεί ακριβέστερο και πιο αξιόπιστο αποτέλεσμα.

Μέθοδος Διατομής: Εφαρμόσιμη σε Μεγαλύτερα Κανάλια Ροής Νερού

Όταν ο ρυθμός ροής είναι πολύ υψηλός και είναι αβολο για τη χρήση δοχείου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος διατομής για τη μέτρηση του ρυθμού ροής του νερού (και αυτή η κατάσταση είναι επίσης ιδιαίτερα κατάλληλη για τη χρήση μεγαλύτερης γεννήτριας υδροτουρμπίνας):

● Μέτρηση της επιφάνειας διατομής: Πολλαπλασιάστε το πλάτος του καναλιού με το βάθος του νερού για να προκύψει η επιφάνεια A (m²). Αν το σχήμα του καναλιού είναι ακανόνιστο και δύσκολο να μετρηθεί, μπορεί να χωριστεί σε πολλά τμήματα, να μετρηθεί καθένα ξεχωριστά και στη συνέχεια να προστεθούν οι τιμές.

● Μέτρηση της ταχύτητας ροής: Ρίξτε φύλλα ή άλλα επιπλέοντα αντικείμενα στην επιφάνεια του νερού και καταγράψτε το χρόνο που χρειάζονται για να διανύσουν μια συγκεκριμένη απόσταση (π.χ. 10 m). Διαιρέστε την απόσταση με τον χρόνο για να υπολογίσετε την ταχύτητα ροής V (m/s).

● Ο τύπος για τον υπολογισμό της παροχής είναι: Q = Εγκάρσια διατομή A × Ταχύτητα ροής V.

Παρόμοια, πρέπει επίσης να πραγματοποιηθούν πολλαπλές μετρήσεις και να ληφθεί ο μέσος όρος.

Μετά τη μέτρηση του ύψους υδροστατικής πίεσης (water head) και της παροχής, μπορούμε να σας παρουσιάσουμε τα δεδομένα και θα επιλέξουμε την καταλληλότερη γεννήτρια υδροτουρμπίνας για εσάς.