Υδραυλική

Υδραυλικές Διεργασίες

 

Υδραυλική Παραγωγή Ισχύος – Μέρος 1ο

 

Νερό από μια τεχνητή λίμνη τροφοδοτεί, μέσω αγωγού, μια υδροτουρμπίνα ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου και στη συνέχεια εξέρχεται με όμοιο αγωγό σε παρακείμενο αποδέκτη – ποτάμι. Η πίεση του νερού στον αγωγό τροφοδοσίας 100 m πάνω από την υδροτουρμπίνα, είναι 2,5 bar, ενώ η πίεση του νερού στον αγωγό εκροής 2 m κάτω από την υδροτουρμπίνα, είναι 1,3 bar. Αν η εγκατεστημένη ισχύς του υδροηλεκτρικού εργοστασίου είναι 5 MW, ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας 90% και της υδροτουρμπίνας 84%, να υπολογιστεί η απαίτηση σε νερό. Θεωρήστε αμελητέες τις απώλειες τριβών στους αγωγούς.

 

 

Υδραυλική Παραγωγή Ισχύος – Μέρος 2ο

 

Νερό από μια τεχνητή λίμνη τροφοδοτεί, μέσω αγωγού, μια υδροτουρμπίνα ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου και στη συνέχεια εξέρχεται με όμοιο αγωγό σε παρακείμενο αποδέκτη – ποτάμι. Η πίεση του νερού στον αγωγό τροφοδοσίας 100 m πάνω από την υδροτουρμπίνα, είναι 2,5 bar, ενώ η πίεση του νερού στον αγωγό εκροής 2 m κάτω από την υδροτουρμπίνα, είναι 1,3 bar. Η εγκατεστημένη ισχύς του υδροηλεκτρικού εργοστασίου είναι 5 MW, ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας 90% και της υδροτουρμπίνας 84%.

  1. Αν ο αγωγός τροφοδοσίας έχει υδραυλική διάμετρο 1 m και το ισοδύναμο μήκος του αγωγού τροφοδοσίας είναι 360 m, να υπολογιστεί η απαίτηση σε νερό.
  2. Αν ο αγωγός τροφοδοσίας έχει υδραυλική διάμετρο 1,5 m και το ισοδύναμο μήκος του αγωγού τροφοδοσίας είναι 360 m, να υπολογιστεί η απαίτηση σε νερό.
  3. Πόσο σημαντικές είναι οι απώλειες ισχύος λόγω τριβών στον αγωγό τροφοδοσίας;
  4. Πόσο πρέπει να αυξηθεί η παροχή του νερού λόγω απωλειών ισχύος στον αγωγό τροφοδοσίας;

Δίνονται η πυκνότητα του νερού 1.000 kg m-3 και το δυναμικό ιξώδες του νερού 1 cp στους 20 oC.

 

 

Υδροδότηση Ορεινού Καταυλισμού

 

Πόσιμο νερό πρόκειται να αντληθεί από μια πηγή στη λεκάνη ενός χειμάρρου σ΄ ένα υπερκείμενο καταυλισμό. Η παροχή του νερού πρέπει να είναι 0,4 m3 min-1 μέσω χαλύβδινου αγωγού ονομαστικής διαμέτρου 1 in σειράς 40 (Schedule 40). Η υψομετρική διαφορά καταυλισμού και πηγής είναι 65 m και η κλίση της πλαγιάς 28 ο.

  1. Να υπολογιστεί η απαίτηση ισχύος του νερού από την αντλία.
  2. Αν χρησιμοποιηθεί αγωγός ονομαστικής διαμέτρου 2 in σειράς 40, ποιο θα είναι το όφελος σε απαίτηση ισχύος;

 

Δίνονται η πυκνότητα του νερού 1.000 kg m-3 και το δυναμικό ιξώδες του νερού 1 cp στους 20 oC.

 

 

Ταχύτητα Εκροής

 

Μια μεγάλη δεξαμενή περιέχει μεθανόλη υπό πίεση 3 bar. Στον πυθμένα της δεξαμενής υπάρχει μια βάνα – βαλβίδα ελέγχου ροής, η οποία όταν είναι πλήρως ανοικτή η μεθανόλη εκρέει ελεύθερα μέσα από κατακόρυφο σωλήνα εσωτερικής διαμέτρου ¼ in του οποίου το ελεύθερο στόμιο είναι 5 m κάτω από την ελεύθερη επιφάνεια της μεθανόλης στη δεξαμενή.

  1. Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Bernoulli και εκτιμήστε την ταχύτητα εκροής της μεθανόλης καθώς και την παροχή της, όταν η βάνα είναι τελείως ανοικτή. Θεωρήστε αμελητέα την ταχύτητα πτώσης της στάθμης στη δεξαμενή.
  2. Όταν η βάνα είναι μισόκλειστη η παροχή ελαττώνεται, δηλαδή ο όρος:
  3.  

     

    αλλάζει. Παρόλα αυτά, οι άλλοι δύο όροι:

     

     

    και

     

     

    στην εξίσωση Bernoulli παραμένουν οι ίδιοι. Εδώ υπάρχει αντίφαση; Εξηγήστε.

  4. Χρησιμοποιήστε το παρακάτω διάγραμμα ροής της βάνας και υπολογίστε τον χρόνο εκροής 200 L μεθανόλης από τη δεξαμενή, όταν η βάνα είναι:
    1. 100% ανοικτή.
    2. 75% ανοικτή.
    3. 50% ανοικτή.
    4. 10% ανοικτή.
  5. Σχεδιάστε τα αποτελέσματά σας σε διάγραμμα χρόνου εκροής - % βάνα ανοικτή. Είναι γραμμική η σχέση «χρόνος εκροής - % βάνα ανοικτή» ή όχι; Εξηγήστε.

 


 

Σόλων Ζαρκανίτης, PhD
Σπάτα 12/2/2010