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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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 xaver58 Verfasst am: 21. Sep 2017 15:32 Titel: Vertikales Windrad treibt Kolbenpumpe |
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Meine Frage:
Ich möchte mit einem (vertikalen) Windrad eine Kolbenpumpe antreiben, die mir das Wasser eines Baches in einen Tank auf einem Hügel pumpt. Die Höhe zwischen Bach und Tank ist ca. 25m, also müsste die Pumpe ca. 2.5 bar Druck erzeugen. Die Wassermenge sollte pro Tag minimal 200 lt sein (also nicht sehr viel). Da ich hier in Paraguay nicht einfach in den nächsten Baumarkt gehen kann, will ich das Windrad und die Kolbenpumpe (aus 1-Zylinder Motorrad-Motor) selber bauen. Die Frage ist nun: gibt es eine Möglichkeit, die Grösse des Windrades abzuschätzen, damit ich es nicht zu klein dimensioniere?
Meine Ideen:
Meine Idee ist ein Vertikalrotor mit ca. 80 cm Durchmesser (Fahrrad-Räder) und ca. 100 cm hoch zu bauen, an dem dann die Welle nach unten Direkt mit der Kurbelwelle des Motors verbunden wird. Diese Turbine würde ich dann auf einem Gerüst von ca. 10 m Höhe montieren. Der Umbau des Motors es kein Problem, aber aber reicht die Grösse der Windturbine für den Antrieb, das kann ich nicht wirklich abschätzen ob das reicht oder zu gross ist.
Kann mir da jemand helfen...? |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7241
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| Steffen Bühler Verfasst am: 21. Sep 2017 16:57 Titel: |
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Willkommen im Physikerboard!
Die benötigte Leistung bekommst Du mit  und 
Dabei ist m die Masse, g die Erdbeschleunigung, h die Höhe und t die Zeit.
Für die Leistung eines Windrads gilt  .
Hier ist  die Luftdichte, A die überstrichene Fläche und v die Windgeschwindigkeit.
Ich hab's jetzt nur abgeschätzt, aber mit den gegebenen Zahlen reicht schon ein laues Lüftchen von etwa 4km/h.
Viele Grüße
Steffen |
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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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| xaver58 Verfasst am: 21. Sep 2017 17:22 Titel: |
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Hallo Steffan
Dankeschön für die schnelle Antwort. Dann kann ich an das Bauen gehen...
Mal sehen, ob ich damit den ganzen Bach umleiten kann... 
Schöne Grüsse
Xaver |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen
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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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| xaver58 Verfasst am: 22. Sep 2017 01:46 Titel: |
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Funktioniert leider nicht, das Gefälle vom Bach ist zu gering und die Wassermenge zu klein, auch für eine Wasserrad, was ja auch eine Antriebsvariante wäre reicht es nicht. Ist eben eher eine Mohrentwässerung als ein Bach. Zwar führt er auch in der Trockenzeit immer etwas Wasser aber nicht sehr viel, ausser wir haben gerade ein subtropisches Gewitter... :-)
Wenn es mit dem Windrad funktioniert, will ich einen Brunnen in der Nähe des Baches graben lassen, so dass ich direkt ans saubere Grundwasser komme. Für die Bewässerung der Bananen und Gartenanlage reicht zwar das Bachwasser, aber als Trinkwasser ist es nicht geeignet. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 23. Sep 2017 19:21 Titel: |
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| Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | Willkommen im Physikerboard!
Die benötigte Leistung bekommst Du mit und
Dabei ist m die Masse, g die Erdbeschleunigung, h die Höhe und t die Zeit.
Für die Leistung eines Windrads gilt .
Hier ist die Luftdichte, A die überstrichene Fläche und v die Windgeschwindigkeit.
Ich hab's jetzt nur abgeschätzt, aber mit den gegebenen Zahlen reicht schon ein laues Lüftchen von etwa 4km/h.
Viele Grüße
Steffen |
@Steffen
Da die Windgeschwindigkeit nach Durchströmung des Windrads nicht = 0 ist, wird nicht die gesamte anströmende Windleistung umgesetzt, sondern maximal ca. 60 %. Es gilt
Die Windgeschwindigkeit hinter dem Rotor beträgt 1/3 der Anströmgeschwindigkeit.
Bei Interesse, kann ich die Herleitung zeigen.
Da das Windrad vertikal montiert und angeströmt werden soll, ist die Frage, wie die erforderliche vertikale Windgeschwindigkeit entstehen soll.
Gruss
Jörg |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5850
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| Myon Verfasst am: 23. Sep 2017 19:50 Titel: |
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Zumindest das letzte Problem muss nicht gelöst werden. Bei einem Vertikalrotor muss der Wind nicht aus vertikaler Richtung strömen, sondern kann horizontal aus beliebiger Richtung kommen. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 24. Sep 2017 09:40 Titel: |
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| Myon hat Folgendes geschrieben: | | Zumindest das letzte Problem muss nicht gelöst werden. Bei einem Vertikalrotor muss der Wind nicht aus vertikaler Richtung strömen, sondern kann horizontal aus beliebiger Richtung kommen. |
Du hast recht. Eine solche Konstruktion bei akzeptablen Wirkungsgrad mit dem Rad eines Fahrrads als Basiskomponente zu realisieren ist eine Herausforderung. |
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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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| xaver58 Verfasst am: 24. Sep 2017 16:29 Titel: |
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Die Einschätzung von Steffen reicht mir vollkommen. Ich brauche keine genaue Wirkungsgradberechnung da ich ja nur eine Pumpe antreibe. Und wie Myon richtig sagt, will ich ein Axialrotor bzw. Vertikalrotor bauen, womit die Windrichtung keine Rolle spielt (ausser sie würde von oben oder unten kommen ... was äusserst unwahrscheinlich ist :-) ). Der Bau eines solchen System ist relativ einfach und auch in einem Entwicklungsland wie hier in Paraguay nicht wirklich ein Problem. Ich brauche ja keine optimierte Anlage, sondern etwas das funktioniert und da gibt es in YouTube schöne Beispiele wie dies: https://www.youtube.com/watch?v=vCcHKikC8I4 oder das hier: https://www.youtube.com/watch?v=8GFY5Ad7kRw&t=22s
Also eben improvisierte Anlagen, die hier optimal sind. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 24. Sep 2017 17:44 Titel: |
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| xaver58 hat Folgendes geschrieben: | Die Einschätzung von Steffen reicht mir vollkommen. Ich brauche keine genaue Wirkungsgradberechnung da ich ja nur eine Pumpe antreibe. Und wie Myon richtig sagt, will ich ein Axialrotor bzw. Vertikalrotor bauen, womit die Windrichtung keine Rolle spielt (ausser sie würde von oben oder unten kommen ... was äusserst unwahrscheinlich ist :-) ). Der Bau eines solchen System ist relativ einfach und auch in einem Entwicklungsland wie hier in Paraguay nicht wirklich ein Problem. Ich brauche ja keine optimierte Anlage, sondern etwas das funktioniert und da gibt es in YouTube schöne Beispiele wie dies: https://www.youtube.com/watch?v=vCcHKikC8I4 oder das hier: https://www.youtube.com/watch?v=8GFY5Ad7kRw&t=22s
Also eben improvisierte Anlagen, die hier optimal sind. |
Ich habe es mal mit Wirkungsgraden etc. durchgerechnet.
Bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 6 km/h über 24 h müsste die gewünschte Förderleistung zu erreichen sein.
Dimensionierung der Pumpe:
Aus der errechneten Windgeschwindigkeit und dem vorgegebenen Raddurchmesser errechnet sich eine Drehzahl des Windrades von rd. 57.000 Umdrehungen/Tag.
Um die Fördermenge vo 200 Litern/Tag zu erreichen, reicht eine winzige Pumpe mit einem Hubraum von ca. 3,5 ccm aus.
Bei grösserem Hubraum ist die Betriebsszeit entsprechen kürzer. Bei einem Hubraum von 50 ccm(Mopedmotor) sind die 200 Liter nach ca. 100 Minuten gefördert.
Den Rotor würde ich mit 3 Flügeln bestücken: Gleichmässiger Lauf, geringe Biegekräfte.
Viel Spass und Erfolg 
Schick mal ein Photo der Anlage. |
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DerMaschbaustudent
Anmeldungsdatum: 20.09.2016
Beiträge: 123
Wohnort: Walapampa
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| DerMaschbaustudent Verfasst am: 27. Sep 2017 01:31 Titel: |
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Spielt da nicht eigentlich noch der Gegenwiderstand des Motors mit rein; immerhin muss ja auch der geflüttete Hubraum wieder entlehrt werden, sowie die eigentlichen Reibungswiderstände der Kurbelwelle überwunden werden?! |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 27. Sep 2017 07:54 Titel: |
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| DerMaschbaustudent hat Folgendes geschrieben: | | Spielt da nicht eigentlich noch der Gegenwiderstand des Motors mit rein; immerhin muss ja auch der geflüttete Hubraum wieder entlehrt werden, sowie die eigentlichen Reibungswiderstände der Kurbelwelle überwunden werden?! |
Die von der Pumpe zu erbringende Hubleistung ist in der Leistungsberechung berücksichtigt. Die hydraulischen und mechanischen Verluste wurden in einem Gesamtwirkungsgrad zusammengefasst.
Bei der Anlage kommt es nicht auf Feinheiten an. |
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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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| xaver58 Verfasst am: 28. Sep 2017 02:10 Titel: |
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das mit dem Photo mach ich sobald ich die Pumpe gebaut habe |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 29. Sep 2017 09:43 Titel: |
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| xaver58 hat Folgendes geschrieben: | | das mit dem Photo mach ich sobald ich die Pumpe gebaut habe |
Und bitte auch einen Bericht, ob das so funktioniert wie berechnet.
Noch ein Punkt. Die mittlere Umfangskraft muss ca. 30 N betragen.
Wenn Anzahl der Flügel und deren Profil bekannt sind, kann die erforderliche Flügelhöhe = Abstand zwischen den beiden Rädern berechnet werden.
Gruss aus Deutschland
Jörg |
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xaver58
Anmeldungsdatum: 21.09.2017
Beiträge: 6
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| xaver58 Verfasst am: 29. Sep 2017 14:05 Titel: |
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Ok, werde auch einen Bericht schreiben, aber es dauert etwas bis alles gebaut ist. Muss Leitungen ziehen, Wasserturm bauen, Pumpe bauen ...
Und hier in Paraguay wird eben tranquillo gearbeitet, was soviel heißt wie alles mit der Ruhe und bitte kein Gehetze... :-)
Schöne Grüsse Xaver |
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