Φτιάχνω υδραυλική αντλία νερού (χωρίς μηχανή) ή ram pump

Κατασκευή χειροκίνητης αντλίας νερού

Ο υδραυλικός κριός όπως θα μεταφράζαμε τον όρο ram pump, είναι μια αντλία νερού η οποία δουλεύει εκμεταλλευόμενη μόνο την κινητική ενέργεια του νερού. Λειτουργεί σαν ένας υδραυλικός μετασχηματιστής, ο οποίος δέχεται νερό με ένα δεδομένο μανομετρικό και παροχή και εξάγει μικρότερη παροχή σε μεγαλύτερο μανομετρικό.
Εκμεταλλεύεται το φαινόμενο του υδραυλικού πλήγματος και την στιγμιαία αύξηση πίεσης, η οποία ωθεί μια ποσότητα νερού σε ύψος μεγαλύτερο από την αρχική πηγή. Είναι ένας απλός μηχανισμός, η διάταξη είναι πολύ εύκολο να κατασκευαστεί και με διάφορα υλικά μάλιστα (PVC, τσιμέντο, μέταλλο ακόμη και ξύλο).

Η πρώτη επαφή που είχα ήταν πάλι στην Πελοπόννησο, όπου για να μεταφέρουμε νερό από ένα ρεματάκι λίγο πιο ψηλά και να ποτίζει ο κουνιάδος μου τα ζώα και τον μπαχτσέ του, ψαχτήκαμε στο internet και βρήκαμε όπως θα διαπιστώσετε πολλές εφαρμογές της αντλίας αυτής από μικρή κλίμακα έως αρδευτικές εφαρμογές μεγάλων καλλιεργειών και υδροδότηση ορεινών περιοχών.

Όπως φαίνεται και στην σχηματική παράσταση, έχουμε μια πηγή νερού (1)(μπορεί να είναι κάποιο ρέμα), ένα αγωγό εισόδου (2) με τον οποίο οδηγούμε το νερό προς την αντλία που βρίσκεται σε χαμηλότερο σημείο, την αντλία (3)και τον αγωγό εξόδου (4) που οδηγεί τμήμα της ποσότητα του εισερχόμενου νερού σε μεγαλύτερο ύψος από αυτό της πηγής.

Σχήμα Α : Σχηματική διάταξη λειτουργίας μίας ram pump

Επικεντρώνοντας περισσότερο στην αντλία, αυτή αποτελείται από 2 βαλβίδες (εμείς την φτιάξαμε με ένα ποτηράκι (αντεπίστροφο βαρύτητας) και ένα αντεπίστροφο ελατηρίου και μία δεξαμενή συμπίεσης αέρα ( στην δική μας ήταν ένα κομμάτι σωλήνα ταπωμένο). Στο διαδίκτυο θα βρείτε πολλές παραλλαγές μερικές πολύ απλές και άλλες πιο εκλεπτυσμένες, ακόμη και πιο σύνθετες διατάξεις με τις οποίες χρησιμοποιώντας την ροή ακάθαρτων νερών αντλείς καθαρό νερό.

Λειτουργία χειροκίνητης αντλίας νερού

σχήμα 1

Αρχικά η βαλβίδα υπερχείλισης ανοίγει λόγω βαρύτητας (ή σε κάποιες με κάποιο ελατηριάκι) και το νερό, που έρχεται μέσω ενός αγωγού από την πηγή μας, διαφεύγει εκτός αντλίας.(Σχ. 1) Καθώς η ροή αυξάνει, η υδραυλική πίεση κάτω από την βαλβίδα και η υδροστατική πίεση στο κορμό της αντλίας αυξάνει παράλληλα, ώσπου οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις υπερνικούν το βάρος της βαλβίδας και τείνουν να την κλείσουν. Καθώς το διάφραγμα της βαλβίδας αρχίζει να κλείνει, η πίεση του νερού αυξάνει απότομα και ξαφνικά η βαλβίδα φράζει. Η κινούμενη στήλη νερού δεν μπορεί να κινηθεί πλέον μέσα από την αντλία και η ταχύτητα της μειώνεται απότομα, έτσι λόγω αδράνειας συνεχίζεται να αυξάνει η πίεση σε βαθμό που ανοίγει η δεύτερη βαλβίδα (βαλβίδα μεταφοράς) (Σχ.2). και το νερό διαφεύγει στον αεροθάλαμο και προς τον αγωγό μεταφοράς.

σχήμα 2

Ταυτόχρονα ο αέρας του αεροθαλάμου συμπιέζεται σε βαθμό που ξεπερνά την πίεση μεταφοράς. Τελικά η στήλη νερού στον αγωγό εισόδου σταματά να κινείται , η υδροστατική πίεση στον κορμό της αντλίας πέφτει στο επίπεδο του μανομετρικού της πηγής μας. Η βαλβίδα μεταφοράς τότε κλείνει . Το νερό που συμπίεσε τον αεροθάλαμο θα συνεχίσει να κινείται προς τον αγωγό μεταφοράς καθώς θα εκτονωθεί ο αέρας. Η εξισορρόπηση της εσωτερικής πίεσης στην αντλία (λόγω της προηγούμενης φάσης) επιτρέπει την βαλβίδα υπερχείλισης να ανοίξει λόγω βαρύτητας και ο κύκλος να αρχίσει ξανά.

σχήμα 3

Σημαντικές λεπτομέρειες

1. Ο αεροθάλαμος είναι ένα σημαντικό κομμάτι της διάταξης , αφού εκτός από την αύξηση της απόδοσης της διαδικασίας επιτρέποντας την προώθηση του νερού στον αγωγού μεταφοράς και μετά το κλείσιμο της βαλβίδας μεταφοράς, απορροφά τα πλήγματα που αναπτύσσονται λόγω της ασυμπίεστης φύσης του νερού. Αν ο αεροθάλαμος γεμίσει εντελώς με νερό, δεν γίνεται μόνο προβληματική η λειτουργία , αλλά μπορεί ακόμη και να σπάσει η αντλία λόγω των διαδοχικών υδραυλικών πληγμάτων. Καθώς ο αέρας μπορεί να αναμιχθεί στο νερό, ιδίως υπό πίεση, υπάρχει η τάση, ο αέρας του αεροθαλάμου να διαφεύγει μαζί με το νερό προς τον αγωγό μεταφοράς. Αυτό μπορεί να αντιμετωπισθεί με διάφορους τρόπους, είτε με προσθήκη ελαστικού διαφράγματος μεταξύ αέρα και νερού στον αεροθάλαμο, ή την τοποθέτηση μπαλονιού (π.χ. φουσκωμένη σαμπρέλα ) στον αεροθάλαμο, ή την προσθήκη μιας επιπλέον βαλβίδας (θα την απαντήσετε ως snifting valve και στα video φαίνεται εκεί που ένας μικρός πίδακας νερού αναπτύσσεται κατά το «σκάσιμο» της αντλίας ) η οποία επιτρέπει να εισέρχεται αέρας στην βάση του αεροθαλάμου όταν στιγμιαία η εσωτερική πίεση πέφτει κάτω από την ατμοσφαιρική.
2. Ο χρονισμός της αντλίας ρυθμίζεται από τα χαρακτηριστικά της βαλβίδας υπερχείλισης. Συνήθως το πόσο στενεύουμε το άνοιγμα της ή το βάρος της τάπας της, ρεγουλάρετε με το σφύξιμο κάποιου ελατηρίου ή την προσθήκη κάποιας ροδέλας ή παξιμαδιού για βάρος. Η απόδοση της αντλίας , δηλαδή το πόσο νερό θα μεταφερθεί από μια δεδομένη παροχή , επηρεάζεται δραστικά από τις ρυθμίσεις αυτής της βαλβίδας. Αν η βαλβίδα υπερχείλισης μένει πολύ ώρα ανοιχτή, μικρή αναλογία νερού από το χρησιμοποιούμενο αντλείται, ενώ και όταν ανοιγοκλείνει πολύ γρήγορα, δεν προλαβαίνει να αναπτυχθεί επαρκής πίεση στην αντλία.
3. Ακόμη, για να έχουμε οποιαδήποτε παροχή και οποτεδήποτε την χρειαζόμαστε , θα πρέπει να σκεφτούμε να εγκαταστήσουμε στο μέρος όπου μεταφέρουμε το νερό να μια δεξαμενή την οποία να γεμίζουμε και να χρησιμοποιούμε αυτή για τις ανάγκες μας. Έτσι θα αντιμετωπίζουμε και τυχόν περιοδικές πτώσεις της παροχής νερού της πηγής μας ( πχ πτώση στάθμης στο σημείο υδρομάστευσης λόγω ανομβρίας κλπ. (Σχ Α)).
4. Μπορείτε βέβαια να εγκαταστήσετε πολλές μικρές αντλίες παράλληλα για επιτύχετε μεγαλύτερο όγκο αντλούμενου νερού.
5. Επίσης, σημαντική είναι η διαστασιολόγηση του αγωγού παροχής σε σχέση με την υψομετρική διαφορά μεταξύ πηγής και αντλίας. (Αυτό που διάβασα κάπου είναι ότι ένα ύψος 60 εκ είναι το ελάχιστο ικανό για να λειτουργήσει η αντλία και περίπου με τέτοιο ύψος εφαρμόσαμε την δικιά μας διάταξη.) Συνήθως, το μήκος του αγωγού αυτού είναι 3 έως 7 φορές η υψομετρική διαφορά (αλλού έχω διαβάσει 10 ), ενώ ιδανικά θα πρέπει να είναι 100 φορές η διάμετρος του. ( Για την δοκιμή μας ήταν ~4,00 m Φ40 για ~0,60m ύψος (0,60*7=4,2) ) . Γενικότερα ο αγωγός θα πρέπει να είναι κατά το δυνατόν ευθύς.
   Επίσης για το μήκος L και την διάμετρο D του αγωγού παροχής ισχύει ο εμπειρικός κανόνας 150D < L < 1000D.
6. Το σώμα της αντλίας θα πρέπει να είναι τοποθετημένο κάπου σταθερά για μην ανατρέπεται ή να απορυθμίζεται από τα αλλεπάλληλα τραντάγματα λειτουργίας της.
7. Επίσης προτείνεται να τοποθετηθεί μια βάνα στην αρχή του αγωγού μεταφοράς ώστε αν θέλουμε να αφαιρέσουμε την αντλία για συντήρηση ή ρύθμιση να μην αδειάζει η στήλη νερού του αγωγού καθυστερώντας έτσι την επαναλειτουργία της.

Αυτή είναι η δική μας αντλία σε λειτουργία

Να και το Video από την εφαρμογή του φίλου Γιάννη, που αναφέρεται στα σχόλια

Να και μια φωτογραφία της δικής μας αντλίας.

Λοιπόν, πιστεύω να έκανα μια σχετικά κατανοητή περιγραφή, μπορεί να ψάξει ο καθένας στο διαδίκτυο για περισσότερες αναφορές για υδραυλική αντλία νερού (χωρίς μηχανή) ή ram pump, ιστορικές και τεχνικές, υπάρχουν πολλά βιντεάκια με πατέντες αλλά και εμπορικές εφαρμογές. Άξιο αναφοράς είναι ότι, εγώ προσωπικά στην αναζήτηση μου δεν βρήκα κάτι στα ελληνικά παρά μόνο την περιγραφή της αντλίας στο βιβλίο «31 οικολογικές τρίπλες» του Γ. Βλάσση που μου πρότεινε η φίλη Μαρία.

Διαβάστε ακόμη:Φτιάχνω ηλιακό φούρνο