Räkna ut effekt av hemmabyggt vattenkraftverk?

Vi har byggt ett vattenkraftverk som Projktarbete på Gymnasiet. Vi är i princip klara med allt och tanken är att vi idag ska lämna in ett utkast av rapporten till vår handledare. Ett litet problem har dock hängt med.

Tanken vara att vi skulle räkna ut effekten med formlen P=UI, men vi fick aldrig några värden på Amperen när vi använde en i och för sig ganska avancerad multimeter. Volten däremot varierade fint efter hur snabbt generatorn snurrade även om vi hade en gammal utsliten traktorgenerator som gav oss resultat i millivolt.

Tre frågor:

En tanke vi hade om varför ingen ampere blev synlig är att vi kanske behöver ha ett motstånd i en krets för att få upp amperen? Eller kan man mäta den genom att bara använde multimetern?

Går det ens att mäta såpass låga ampere värden som motsvararar de 100 millivolt vi fick ut?

Finns det något annat sätt att räkna ut vattenkraftverkets effekt med de volt värden vi fick ut?

Mycket tacksam för svar/funderingar etc!
Allt gott

För att få ut effekt måste generatorn belastas. Vad belastar ni med? Sedan för att få ut maximal effekt måste lasten anpassas till drivningen, bäst är nog ett variabelt effekt-motstånd.

Strömmen är ju strömmen genom lasten, man måste bryta upp kopplingen generator-last och köra strömmen genom multimetern. Får man ändå inget mätvärde så finns det normalt en säkring i multimetern, och den säkringen är ofta sönder...

Strömmen

Spänningen

Ojdå. Spontant låter det inte som något jättebra kraftverk, men det kan ha att göra med hur ni mätt... vem vet.


En ideal amperemeter har ju noll resistans, och ska då visa oändlig ström så snart man lägger spänning över den. I praktiken är resistansen inte noll, utan bara väldigt liten. Men visst borde ni ha mätt med en last i kretsen.

Om strömmen var liten eller stor beror ju på hur mycket effekt ni fick ut, och det vet vi ju inte. Men att mäta tiondels milliampere ska inte vara något problem.

Nu har jag varken tänkt till eller läst på, men spontant säger jag nej.

-----------

Hur har ni gjort när ni mätt? Har ni anslutit någon last till generatorn, eller bara kopplat multimetern mellan generatorns anslutningar? Har ni haft en amperemeter och en voltmeter anslutna samtidigt, eller använt en multimeter och ställt om den från spännings- till strömmätning?

-----------

Vilket program går du (d.v.s. på vilket/vilka program kan man bygga vattenkraftverk som proj.arb.)?

Från ett vattenkraftverk har du natureffekten.

P= H * Q * g

där P är effekten i kW, H är fallhöjden i meter, Q är flödet i m3/s och g är jordens dragningskraft 9,81 m/s2.

En generator har varierande verkningsgrad, oftast är den bäst vid märkeffekt (cirka 70% för 800 W generatorer). En traktorgenerator är troligen (det är väl ingen gammal (50-talet) långsmal likströmsgenerator till en BM 350?) en växelspänningsgenerator med likriktare. För att få ut spänning krävs att man matar in likström i fältlindningen i rotorn.

Ert problem är troligen att ni kör ert vattenkraftverk utan batteri. Pröva ett batteri, så skall ni se att det går bättre.

Alternativt bygg om laddningskretsen till generatorn så att ni kan styra själva en likström i fältet (kolen som man byter på generatorn matar fältet). Då kan ni reglera spänningen vid olika varvtal på ert vattenkraftverk. Men då måste ni ha en likspänningskälla (batteri, likspänningsaggregat, batteriladdare etc.) som ni kopplar till fältet. Statorn kan ni belasta med en resistans eller vad ni vill, elpatron, 12 V lampor etc.

Nu har vi varit borta på lite studentreser och annat skoj, men back to reality...

Vi belastade inte alls vilket kanske kan förklara de låga värdena på strömmen då... Ett variabelt effektmotstånd? Googlade lite och fann olika rörmotstånd. Är det samma sak?

haha, nja. Faktiskt har vi ännu inte lyckats med och om vi inte nu får några jättebra tips innan nästa vecka kommer vi endast att nämna våra faktiska resulat i förbifarten och fokusera mer på våra fysikaliska beräkningar. Det vill säga den effekt vi räknar med att vi får ut i rörelseenergi vilket tillslut blev ungefär 50 W.



Vi har lyckats optimera fallet lite och så vidare så att vi kan uppmäta ungefär 0,15 volt. När vi googlar lite på generator effekt osv märker vi dock ganska snart att strömmen alltid vad vi sett är betydligt lägre än spänningen. Om vi säger att vi ändå får ut samma ström som spänning (0,15 V) får vi ut så lite effekt (0,15 A * 0,15 V = 0,0225 W) att vi inte direkt orkar anstränga oss för att mäta med resistans i kretsen förrän vi fått tag i en bättre generator...

Eller borde vi ändå göra mäta med resistans? Tänker vi fel?




Första gången vi testade mätte vi endast volt. Sedan testade vi lite lätt att även mäta ampere och genom att bara slå om multimetern till ampere istället för volt. Nu när du och andra berättat lite mer och att vi borde haft motstånd i kretsen för att kunna mäta strömmen förkastar vi dock de mätningarna. Vilket vi i och för sig nästan redan gjort eftersom det aldrig blev något direkt samband mellan högt varvtal och hög ampere vilket det blev när vi mätte spänningen. Nu vet vi ju dock varför med säkerhet vi inte fick ut någon ström... Även om vi inte hade fått någon användbar ström med den generatorn vi har.



Vi är fyra personer som går Natur i en liten skola 10 mil utanför göteborg med namnet Kunskapskällan. Vattenkraftverket är som sagt inte stort utan flödet vi hade var ungefär 4 liter per sekund. Lägger in lite länkar med bilder animationer på utformningen av hjulet ifall någon skulle vara intresserad av vår utformning. Lägger nog till lite bilder imorn också

http://www.youtube.com/watch?v=CScwhGfpdug
http://imm.io/4OOk
http://imm.io/4OOl
http://imm.io/4OOp

Vi har räknat med effekten i din formel ovan och dividerat den med effekten i nedstående formel för att få fram verkningsgraden på just vattenhjulet vattenkraftverk.

P= (M * R^2)/2

där M är vikten av hjulet (kg) och R är rotationshastigheten av hjulet (m/s). Alltså bara en liten omformulering av formeln för rörelseenergi.

Vi tänker oss alltså att vi genom din lägesenergiformel får fram ursprungseffekten och genom "vår" rörelsenergiformel får fram nyttig effekt och genom att dividera nyttig effekt med ursprungseffekten få fram verkningsgraden.

Tror du att detta resonemang kan stämma?


Vi tror att det är en likströmsgenerator eftersom han vi fick den av sa att det var det, men vi är osäkra. Jag kan posta riktiga bilder på den imorn, men den ser ut ungefär så här (vi har gjort lite animationer och andra renderingar till presentationen):

http://imm.io/4OMx



Så du tror att vi kan få ut ett resulat som gör att vi kan till exempel få en lampa att lysa med befintliga traktorgenerator som generar så lite som 0,15 volt?


Det där lät lite avancerat för oss! Försökte googla ord och bergrepp, men tror inte jag förstod riktigt heller.

Någon som har något tips på var man kan köpa generatorer till ett sådant här projekt och vad det kan komma att kosta i så fall? Vi har länge planerat att ersätta vår traktorgenerator men efter timmars av googlande har vi nästan gett upp hoppet om att hitta något passande!

Det närmast vi kommit är vindturbiner likt dessa, men de är något för dyra och det hade varit bra om man hade kommit ner i omkring 200 rpm och inte nästan 400 som dessa är gjorda för...

http://www.reuk.co.uk/Permanent-Magnet-Generator.htm


Om någon skulle kunna tänka sig att kolla igenom våra interna beräkningar vad gäller verkningsgraden osv finns de här:

https://spreadsheets.google.com/ccc?...XNjNvcXc&hl=en

Det känns svårt att sitta och skylla på er, för jag vet att de flesta gör misstag av samma sort som ni, men det finns en hel del som är galet och som tyder på bristande förståelse för vad ni håller på med. Inget illa menat, varken med det konstaterandet eller resten av inlägget.

[Edit: Jag låter ovanstående stå kvar, men vill poängtera att bristen på förståelse förmodligen till stor del beror på hur fysik lärs ut på gymnasienivå, inte nödvändigtvis på att ni är dumma i huvudet (vilket ju ovanstående lätt kan tolkas som). Läraren ger er helt enkelt inte vissa viktiga verktyg, och då är det väl inte så jäkla konstigt om eleverna gör fel sen...]

Jag satt och skrev en massa och lyckades inte få ihop det till nåt bra, så jag nöjer mig med följande:

1. Om varvtalen ni har nedtecknat i ert GoogleDoc är generatorns varvtal, så tror jag att ni skulle må bra av att få upp det ordentligt. Sikta på över 1000 rpm, om ert vattenhjul har kraft att driva en sån utväxling.

(Er uppmätta spänning verkar ju bero linjärt av varvtalet. Högre varvtal -> högre spänning.)

2. Mätresultaten borde bli rätt om ni bara kopplar nåt "lagom" stort motstånd mellan generatorns + och - (testa med några ohm till att börja med, justera om ni känner att det verkar vettigare). Spänning kan ni mäta utan resistans, men ström blir ju skumt. Och visst har ni koll på att voltmeter parallellkopplas och amperemeter seriekopplas?

3. Resonemanget om "hjulets effekt" är helt off. Det du får ut med din formel P = (M * V^2)/2 är ju en energi (E), inte en effekt (P) (kika på storheterna, massa * sträcka^2 / tid^2 blir inte effekt). Om vi antar att du menar E = (M * V^2)/2 så är det fortfarande skumt, eftersom du då räknar med att hela hjulets massa rör sig med kantens(?) fart. Det du vill ha är I ("moment of inertia" på engelska, minns inte svenska) och [lilla omega] (vinkelhastighet, mäts i rad/s). Men såvitt jag kan se har du ingen nytta av att veta hur mycket energi hjulet har i vilket fall, så skit i att räkna det där.

Hjulet når ju ett steady-state där lika mycket effekt tillförs av vattnet som tas ut av generatorn. Hur mycket energi hjulet har säger inget om hur stor effekt som tas ut. Däremot kan man ju veta hur stor effekt generatorn tar ut vid något visst varvtal, men för det behöver ni ju bara mäta hjulets varvtal.

Så, sammanfattningsvis: Få generatorn att snurra snabbare. Ha en resistans i kretsen, och mät på rätt sätt.

tror inte den formeln stämmer.

Ska inte densiteten på vattnet vara med i formeln?

plus att jag tycker att verkningsgraden på turbin och generatorn ska vara med!

Jo, ska det stämma så ska flödet mätas i massa/tid och inte volym/tid som det står. (Eller så slänger man in multiplikation med densitet nånstans.)

Men vatten råkar ju ha densitet bra nära 1 kg/dm^3, så siffrorna blir rätt om man kör med formeln som den står, även om storheterna naturligtvis blir knas.

Och självklart ska inte verkningsgraden vara med om man kikar på tillförd effekt. Då blir det ju bara cp. Om man däremot ville ha uteffekten från vattenkraftverket vore det en annan femma.

Jag kan inte annat än tacka för en klargörande kommentarer!


Det är hjulets varvtal vi mätt, men om du lägger på 50 procent ungefär får du generatorns så ingen större skillnad.

Hjulet skulle i alla fall vara i närheten att klara en uppväxling till 500 rpm. Hur som haver så har vi varken rätt prylar eller budget att fixa en sådan uppväxling. Vi tänkte oss först en uppväxling med hjälp av diverse cykelhjul och kedjor. Problemet i det fallet var dock att det helt enkelt inte fanns plats. Vi har vårt hjul placerat i ett djupt dike.


Mot alla odds har vi faktiskt det! Och till och med varför Angående varför vi inte har testat att mäta någon ström är för att vi helt enkelt inte tycker att det är någon idé med de låga värden på spänning vi fått. Det är ju knappast så att vi kan få en lampa att lysa eller liknande i vilket fall.


haha! ILLA om vi ens tänkt tanken att presentera något av det resonemanget! Skäms, trots min "anonymitet" här på flashback.

Tanken vi hade var att E = (M * V^2)/2, men att eftersom vi har ett flöde med massan/sekund kunde vi göra om det till P = (M * V^2)/2 precis som vi gjorde med lägesenergi formeln P = mgh där m ger flödet (kg/s).


Tack!! Vi har mätt vinkelhastigheten i m/s (omkretsen*rps) varför den formeln E = (I*v^2)/2 aldrig verkade stämma! Nu med rad/s stämmer den mycket bättre och med våra nya uträkningar är vårt hjul på en verkningsgrad mellan 50 och 60 procent. Tror du det kan stämma? Alltså de markerade uträkningarna med rubriken Hjulets verkningsgrad (inertia!)

https://spreadsheets.google.com/ccc?...XNjNvcXc&hl=en


Sant att vi inte vet något om hela vattenkraftverkets effekt genom att mäta effekten av endast hjulet. Vi tycker dock att det vore intressant att se hur bra just hjulet blev som vi gjort. Alltså en jämföring mellan maxeffekten vi får av vattnetslägesenergi och hjuletsenergi. Alltså en verkningsgrad av endast hjulet utan belastningar av varken utväxlingar eller generator.

Återigen, stort tack för många upplysningar! Om den nya beräkningen stämmer har du hjälpt oss något oerhört! I vilket fall har många pusselbitar fallit på plats. I och med att vi inte gjorde just kapitlet om momentkrafter och tröghet i fysik A har vi inte haft helt lätt att klura ut allt.