Chinese stoommachines... Is het wat?

OK... Ik heb een spiraal altijd als een ding met windingen beschouwd, en "staand" en "liggend" gerefereerd aan de centrale as, niet aan de individuele lussen.

Dan:

Dat met die druk is een beetje een lastig begrip: ik heb daar een beetje de tanden op stuk zitten bijten, maar zoals ik het zie is er de statische druk, en de dynamische druk.
Die dynamische druk, die "is er niet echt"... dat is meer een vorm van energie die je om kunt rekenen naar druk. Hij laat zich slechts zien, als de omstandigheden dat toelaten.

Het is een ruwe schatting, maar bij een schroefwater snelheid van 1,25 m/s (ruwe schatting, Borkum doet ongeveer 4 km/u) bedraagt die druk ongeveer 7,5 mbar. Hij is er niet, die druk ontstaat pas als de snelheid van het water afgeremd wordt naar 0 m/s.
Maar dat is niet zo eenvoudig als het lijkt, want je wilt geen turbulentie in het water, en je wilt niet dat die energie kan ontsnappen.

Aangezien dat schroefwater zeker de eerste 2 a 3 cm niet noemenswaard aan snelheid verliest, zal de druk pal achter de schroef niet noemenswaard hoger zijn dan 1 cm verderop.

Stel, nu zetten we een rechte stuwbuis achter die schroef. Recht in de zin van een constante diameter. die stuwbuis, die voert water af met een snelheid van zeg, 20 cm/s. Het ding bouwt wel iets druk op, maar niet heel veel. Waarom niet? Omdat de feitelijke snelheids-afname van het schroefwater wat de ingang van die stuwbuis treft, reeds VOOR die stuwbuis plaats vindt. En vóór de stuwbuis kan het water zijdelings wegstromen. Het water bouwt druk op door de snelheidsafname maar op de plaats waar dat gebeurt is het water niet ingesloten en kan vrijelijk naar opzij afstromen. De eventueel opgebouwde druk dus ook. Dus IN die stuwbuis vind eigenlijk geen enkele drukopbouw plaats.
Het water komt met 1,25 m/s aangestroomd, botst op de stuwbuis, er kan maar (0,2/1,25=) 16% van dat aanstromende water de buis in, en de rest vliegt opzij, nog vóórdat het in de buis komt. Er zijn vuistregeltjes voor wat voor druk je nog kunt bereiken, maar als je de helft overhoudt mag je in je handjes klappen. Dus net een beetje meer dan 3,5 mbar

Wat gebeurt er als we een drukkonus vooraan die stuwbuis zetten met, zeg, 16% van het oppervlak van de leiding?
Dan komt opeens bij hetzelfde debiet (0,2 m/s in de leiding) het water met de volle snelheid die konus binnenstromen, en wordt dat kleine beetje water vanwege de konusvorm "gedwongen" snelheid te minderen, en omdat dat zonder wervelingen gebeurt, en zonder dat er water naar opzij kan ontsnappen, blijft de energie behouden en DAN geldt dat als de snelheid vermindert, de druk toeneemt. En opeens komt die volle drukstijging dus WEL in de leiding terecht. En hoewel je niet die volle 7,5 mbar kunt bereiken zolang er stroming is, zou 5,5 mbar theoretisch tot de mogelijkheden moeten behoren.

Ik heb nu een inlaatdiameter aan de konus van 2 mm. Ik denk dat ik de beste resultaten ga halen met een konus die om en nabij de 1,5 mm zit. Dat is een verhouding van 1:4
Ideaal zou zelfs nog een beetje kleiner moeten zijn, maar ik denk dat dan de viscositeit een rol gaat spelen.

Het probleem is: hoe ga ik dat maken... Hmmmm...

 

Bert, Zou er nog een beetje winst te behalen zijn door de instroomopening in het roer haaks op het schroefblad te richten? Bedoel dat je draaiende beweging van het schroefwater optimaal benut. Met een beetje gefrunnik trekt dat stukje slang wel een "scheve bek", als je begrijpt wat ik bedoel. Gr. Klaas.

 

Ik wil een vlakke spiraal maken, daarbij liggen alle windingen in hetzelfde vlak


WANT: ik heb nog even een nieuwe drukkonus geïmproviseerd door een plastic buisje heet te maken en uit te rekken. Dan snoert het in.

Aangezien het niet rond is, kan ik de doorstroomoppervlakte moeilijk meten, maar het zal ruwweg overeenkomen met 1,5 mm diameter, schat ik. Kleiner in ieder geval dan de vorige, die 2 mm diameter was.
Dit gaf alwéér een duidelijk merkbare verbetering.
Ik heb dit keer EINDELIJK ook statisch kunnen "meten", ik kom tussen de 7 en 8 cm boven de waterlijn met deze konus, en dat is VERDOMD dicht bij de theoretisch uitgerekende waarde.
Je bereikt die druk als de stroming echt tot stilstand komt (snelheidsverandering tot nul).

Wat ook erg goed merkbaar was, was dat het water niet alleen bij volle kracht véél beter door bleef stromen, en harder stroomde, maar ook dat het water nog bij lagere machinesnelheden goed door bleef stromen: Vorige test waren de laatste drie windingen van de koelspiraal niet meer goed met de vingertoppen aan te raken, nu was slechts de laatste winding eigenlijk te heet om aan te raken, maar op het randje van net wel/net niet. De stroomsnelheid was zichtbaar groter en luchtbellen waren hoewel veelvuldig aanwezig, lang niet zo problematisch, omdat de krachtiger stroming de luchtbellen beter afvoerde.

Dus qua doorstroming boeken we winst.

De huidige condenser reikt met het hoogste punt van de koelspiraal 11 cm boven de waterlijn.
Maar daar is nog ruimschoots ruimte voor verbetering qua hoogte.

Ik begin wat licht aan het eind van de tunnel te zien. Ik begin een beeld te krijgen van hoe die condenser er "ongeveer uit zou moeten zien" en nu is het zoeken naar iets geschikts om het te kunnen maken. Ik zit te denken aan zo'n blikken doosje waar die Samson bandenplaksetjes in zaten, of iets van dien aard. Als ik niets geschikts vind zal ik het zelf moeten maken...

 

Mischien... maar ik zie bij roeruitslag niet heel veel verschil in de stroomsnelheid.

 

Met respect voor je prestatie.
Ik had mijn bedenkingen, maar je moet nooit bedenkingen hebben bij natuurkundige wetten.

Vaak geeft he voldoening iets te maken, dat optimaal voor het model is.
Misschien meer lengte tov breedte?

Het volgen van je overtuiging heeft zich beloond.
Groet. Henk.

 

Ik moet héél eerlijk zeggen, dat ik vooral mijn bedenkingen had vanwege de schaal van het geheel. Ik twijfelde geen seconde aan de juistheid van de natuurkundige principes, maar was ook niet 100% zeker van OF het effect merkbaar zou zijn.

Die principes zoals dat van Bernouilli is grotendeels gebaseerd op "oneindig" (oneindig dunvloeibaar water, oneindig ONsamendrukbaarheid, etc etc.), en ik had dus verwacht dat de kleine schaalvan deze contratie flink roet in het eten zou gooien.

Aan de positieve zijde staat dan weer dat dergelijke natuurwetten juist heel goed blijken te kloppen bij hele kleine delta's (bij snelheidsverschillen van 200 m/s zul je grote afwijkingen hebben, maar bij een snelheidsverschil van 1 m/s klopt het vaak haarscherp).

Ik was zeer verbaasd dat ik absoluut duidelijk zichtbare verbetering zag met zelfs gewoon een simpel stukje siliconenslang over de stuwbuis, maar zelfs ook met die nog kleinere konus. Want dat is écht maar een héél klein gaatje, waar dat water allemaal doorheen moet. En toch gaat er MÉÉR water doorheen dan door het open pijpje. Ik had een beetje verwacht dat vanwege de viscositeit van water, de drukwinst voor een deel teniet gedaan zou worden door de restrictie (dus geen verbetering maar ook geen verslechtering), maar dat bleek dus overduidelijk niet het geval, en de verbeteringen bleken met het blote oog zichtbaar.

Maar dan moet je wel de mogelijkheden hebben.
Plaatwerken is beslist niet mijn sterkste kant.

 

En plotseling drong het tot mij door: de inlaatopening bepaalt de MOGELIJKE hoeveelheid water per tijdseenheid (schroefwatersnelheid maal doorsnede inlaatopening resulteert in een volume per tijdseenheid).
De rest van de koelwaterslang/leiding bepaalt of dat volume daadwerkelijk kan passeren gezien de resulterende tegendruk. De hoogst haalbare leveringsdruk (dus de grootste kans dat je dat volume ook daadwérkelijk haalt) is met de kleinste mondstukopening die de vereiste stroom mogelijk maakt. Ik weet dat ik ongeveer 7 gram stoom per minuut moet condenseren, en daarvoor heb ik een absoluut minimum van 60 ml/min nodig, maar om wat speling te creëren, laten we dat 75 ml/min maken, niet alleen voor de speelruimte, maar ook vanwege het rekengemak: Met een schroefwatersnelheid van 1,25 m/sec kan die snelheid worden uitgedrukt als 75 meter per minuut, of zo je wilt, 7500 cm/minuut...

75 ml/min (ml is kubieke cm) gedeeld door 7500 cm/min resulteert in een doorsnede van de inlaat van 0,01 cm2 Een doorsnede van 0,01 cm betekent een inlaatdiameter van 1,13 mm. Ik heb die boor niet... Maar aan 1,1 mm moet wel te komen zijn. 1,2 ook wel.
1,1 mm diameter heeft een doorsnede-oppervlak van 0,0095 cm2, wat resulteert in een maximaal mogelijke waterstroom van 71,3 ml min. Zou voldoende moeten zijn. Zoiets zou ik ook moeten kunnen maken. Al zal het wel een vre-se-lijk gepiemel worden op de draaibank...
Voor de volledigheid, 1,2 mm resulteert gelijk in een theoretische opbrengst van 84 ml/min en ik ben er redelijk zeker van dat dat niet gehaald gaat worden.

Vermoedelijk is het qua experimenteer-factor het gunstigste als ik een "negatief-malletje" draai uit Teflon (gewoon een konusje uitlopend op nul), en daar uit siliconenkit, of desnoods Epoxy giethars, afgietsels van maak, dan kan ik de opening bepalen door op de juiste lengte af te steken...

 

Bert, Heb je geen stukje krimpkous en een stopnaald van die dikte. Daarmee zou je toch een testje kunnen doen om te kijken of je theorie klopt. Veel heeft het niet te houden. Of een stukje isolatiekous dat in het roerpijpje past. Denk een beetje anders, omdat ik geen spullen heb om zoiets te bewerken. Gr. Klaas.

 

Oh... dat "malletje" kost me mischien wel 10 hele minuten om te maken, en daarna raus ik die tuitjes er ook in hele korte tijd uit... Dat de theorie klopt héb ik al getest...

Ik zit nu meer te puzzelen op hoe ik de condenser zo makkelijk mogelijk kan bouwen...

 

Dit bleek geheel correct... Als ik het zoeken naar mijn vijltjes even buiten beschouwing laat, kostte dit:

me vrijwel op de kop af 5 minuten in de draaibank...

bleek ook te kloppen:
Dik in de was gezet, ingesmeerd met epoxy, 5 minuten in de oven op 50 graden, omwikkeld met garen en dát ingesmeerd, wéér 5 minuten in de oven, en dat wikkelen en insmeren nog één keer herhaald en toen volledig uit laten harden.
Dat kostte me ongeveer 15 minuten.

Het buitenom gladschuren was een paar minuten werk en het afgewerkte dingetje:




Het inlaatgaatje zo goed mogelijk op 1,2 mm afgewerkt:


Past perfect om de pick-up:


En voor de veiligheid afgezekerd met een stukje slang.


Het ziet er aan de buitenkant lomp en bobbelig uit, maar het enige wat er in feite toe doet, is dat de binnenkant een mooie geleidelijk toenemende diameter heeft, en dat de opening mooi rond is. Dat zou de beste drukstijging moeten opleveren. En in dát opzicht is deze drukkonus beter dan de geïmproviseerde experimentele konusjes uit siliconenslang en plastic buis.

Straks maar even testen...

 

De uitslag: Het werkt op zijn best even goed als het plastic tuitje wat ik in de gauwigheid gemaakt had in post #723.
De berekeningen kloppen ook niet helemaal (vermoedelijk viscositeit van het water) want ik moest het tuitje opboren tot 1,5 mm diameter om bij benadering dezelfde waterflow te bereiken en ik kon op het oog geen echte verbetering ontdekken.
Sterker: als ik post #723 teruglees krijg ik bijna het gevoel dat dat tuitje nog net iets beter presteerde. Dus dat tuitje bewaar ik, voor het geval dat...

Wat me wel opviel, en dat KAN zijn dat ik gewoon wat beter en zuiverder gemeten heb:
Ik heb 5 cm water in de voedingwaterbak, waarvan 4 cm veilig verpompbaar. De timer stond vóór de aanleg van deze koelspiraal op 23 minuten volle kracht. Na de eerste tests merkte ik dat ik de timer wat kon verlengen en ik heb hem toen op 25 minuten gezet.
Ik heb nu vrijwel continue volle kracht gedraaid tot de voedingtank 4 cm gezakt was, en dat bleek nu 31 minuten te duren bij een gasverbruik (inclusief opstoken) van 45 gram.

Water bevat opgeloste lucht, en die lucht komt vrij als je water verwarmt. In de horizontale spiraal (dus met verticaal staande wikkelingen) vormt die vrijkomende lucht een vervelende belemmering voor de doorstroming, want lucht wil wél omhoog, maar NIET omlaag in water.... Het bleek dat zo nu en dan met een sleuteltje o.i.d. op de buis tikken die lucht los deed komen zodat het afgevoerd werd.
Het is dus absoluut noodzakelijk dat in de uiteindelijke uitvoering de windingen van de spiraal horizontaal liggen, en ook dat de spiraal zo laag mogelijk in de boot komt, zodat de lucht zo weinig mogelijk, en met een zo geleidelijk mogelijke hellingshoek, naar beneden gevoerd wordt.

Het is en blijft nog steeds een uitdaging...

 

Overigens is de extra condensatie toch wel te zien aan de "dikte" van de stoompluim:



Het staat ook in de beschrijving van de video, maar:
De gehele video is met volle kracht draaiende machine. Stoom uit de machine uitlaat zou ruim 11 gram/minuut moeten zijn.
van 00:00 tot 00:05 is min of meer de volle stoomdoorlaat zoals die uit de machine komt. De voedingspomp en het condenser koelwater staan niet bij dus condensatie is verwaarloosbaar.
Van 00:05 tot 00:10 staat de voedingpomp bij en zou er (aan de hand van geschatte temperatuurverschillen en berekeningen) ongeveer 1,5 ml/min aan condensatie moeten plaatsvinden.
Van 00:10 tot 00:16 staat het water op de condenser bij. Dat zou de rest van de 3 ml per minuut moeten opleveren. Aan de hand van de (geschatte) waterflow zou dat een delta-T van ergens in de burt van de 10 tot 20 graden op moeten leveren over het condenser koelwater, en dat is voor nu onmogelijk te meten, maar zou erg goed kunnen.

Er is één ding wat ik niet begrijp, en dat is dat met iedere aanpassing die ik doe neemt de bedrijfstijd toe (ik ben van plm 20 minuten om de voedingstank leeg te varen, nu op ongeveer 31 minuten aanbeland, maar als ik de pompsnelheid meet en de getalletjes doorreken blijf ik om een of andere reden hangen op een pompsnelheid van 11~12 ml/minuut, en een totaal waterverbruik van ongeveer 9 ml/minuut (dus een condensaat return van ongeveer 3 ml/minuut).

Te oordelen aan de toch wel zichtbaar kleinere stoompluim als het koelwater op de condenser bij staat, had ik echt verwacht ook een zichtbare verandering van de getallen te zien.

Ik moet ergens een denkfout maken, maar ik zie nog even niet precies wáár. Het resultaat is er, dat is niet te ontkennen, ik heb 5 minuten vaartijd gewonnen, maar de rest van de cijfers lijken het er niet mee eens te zijn...

Nou ja, daar kom ik nog wel eens achter... ooit...

 

Wat doet die soort van trompet op de afgewerkte stoom uitlaat?
Ik kan mij indenken, dat in deze verwijding de stoom expandeert.

 

Dat is een druppelvanger. In die stoompijp vind nog steeds condensatie plaats, die door de stoom met enige snelheid uitgeblazen wordt. Dat levert allemaal water aan dek op wat ook in het oliebakje van de krukas smering terecht komt.

De druppelvanger is wat wijder (verlaagt de snelheid, is geen expansie want de condenser IS al atmosferisch) en door die lagere snelheid druipt dat water in de trechter naar beneden en wordt via dat dunne koperleidinkje afgevoerd naar de olieafscheider van de voedingwaterbak. Alle druppels helpen

 

Nou... er is wéér een klein beetje vooruitgang geboekt:
Het is allemaal nogal provisorisch, maar in plaats van een spiraal van een meter OM de condenser, die niet alleen relatief weinig deed qua warmteoverdracht (en dus waterterugwinning), had dat ding doordat de windingen verticaal stonden een enorme stromingsweerstand: Water staat zijn opgeloste gassen af als het opwarmt, waardoor in iedere lus bovenin wat lucht bleef hangen, en dat is iedere keer een beetje hoogteverschil wat overwonnen moet worden, dat telt bij elkaar op.
Als de stroming liep, dan bleef ze bij volle kracht "min of meer" lopen, maar als het stilviel, kwam het niet meer vanzelf op gang.

Ik heb nu één hele korte (ongeveer 20 cm) horizontale lus IN de condenser, en doordat die geen hoge punten heeft, blijft lucht niet hangen.
Qua lengte is het nog niet genoeg, maar door de veel betere doorstroming is het effect wel beter. Allereerste proefrit gaf zomaar 5 minuten waterwinst. Continue volle kracht draaiend kon ik nu al tot 35 minuten voordat de voedingtank leeg is.
Maar wat véél belangrijker is, de waterflow blijft tot ongeveer halve kracht uit zichzelf en zonder hulp op gang, en ALS ik zo ver terug neem dat het stilvalt, bij vollekracht komt het uit zichzelf en zonder hulp weer op gang.
Ook bij achteruit slaan keert de flow nu probleemloos mee om.

Wat ik nog kan doen is de condenser iets lager en horizontaler plaatsen, en aangezien de voedingswaterspiraal véél langer is dan nodig is, is de volgende stap minder koper in de voedingsvoorwarmer-spiraal, en meer koper in de condensor-spiraal. En dan zijn we in principe klaar...

Qua foto heb ik eigenlijk nu niks, maar dat komt nog wel weer als ik het nieuwe koper heb.

Toch:

 

Nou... vanmorgen twee nieuwe "spiralen" gemaakt: een veel kortere voorwarmer spiraal (was 1 meter, véél te lang, is nu nog ongeveer 30 cm effectief, wat ruim voldoende is) en een wat langere "condenser spiraal" (was hooguit 20 cm, is nu plm 40 cm).


Mag duidelijk zijn dat de dunnere 3 mm spiraal de voorwarmer is en de dikkere 4 mm spiraal de condenser.

Ik heb tevens de hele condenser wat lager in de boot geplaatst. Ik heb er mee getest, maar om een of andere reden verbeterde deze condenser spiraal de boel niet echt, kom er voor nu nog niet goed achter of het probleem de doorstroming is of wat anders, maar de waterproductie verbeterde in die zin, dat het condensaat echt heel mooi regelmatig terugkwam (was voorheen in "scheutjes" maar nu een heel mooi gestage stroom) maar de hoeveelheid was niet heel erg overtuigend, en ik heb géén bedrijfsduur gewonnen. Ook niet verloren overigens.



Overigens, dit is testen in de badkuip, wat betekent dat de stroming rondom de schroef toch wel vermoedelijk beduidend anders is als bij vrijvarende boot.
Mogelijk win ik ook nog wat door de stromingsrichting om te keren, of de pitot-opening een haartje verder te openen.
Ik weet niet of ik er nog aan toe kom om op open water te testen vóór de demo in Delfstrahuizen... Als ik dan op de been ben tenminste.

 

Twee processen in één vat, koelen afgewerkte stoom, en verwarmen voedingswater, in mijn gedachte tegenstrijdig.
Ik gebruik in de DY de afgewerkte stoom alleen voor het voorverwarmen van het voedingswater.
Het condensaat gaat naar een tussenopslag van ca. 75cc en wordt vandaar verpompt naar de vuilwatertank.
Vraag, kun jij een schemaatje geven hoe jij dit heb opgelost?

 

Hoezo? Door de ene spiraal gaat koud voedingwater, door de andere gaat koud buitenboordwater.
Beide zijn exact hetzelfde proces: Een vloeistof in een spiraal die warmte opneemt uit de omringende stoom... Er is geen sprake van "het ene opwarmen en het andere afkoelen". Er wordt gewoon stoom gecondenseerd door met koud water die warmte af te voeren.

Het enige verschil is dat de ene spiraal "gepompt" wordt en onder druk staat, waardoor lucht geen invloed heeft op de doorstroming, en de andere "gestuwbuisd" wordt en dus wél wat last heeft van die lucht.

Maar ik moet even mijn berekeningen herzien.
Ik ging uit van een pitotbuis die een totaal koelsysteem van ongeveer 160 cm zou moeten "doorduwen", en de drukkonus op de pitotbuis was uitgerekend op de minimaal benodigde flow zodat de best mogelijke druk bereikt kon worden.

Die druk, die bereik ik, te oordelen aan dat het systeem BLIJFT lopen...
Maar mischien moet ik nu, met die veel kortere spiraal, wel gaan voor een drukkonus voor een hogere flow. Daarmee beperkt de opwarming van het water zich wat, en dus ook de vorming van luchtbellen.

Dat gaan we nu éérst eens testen, zodra de ontvangeraccu opgeladen is...

 

eenvoudig schema:

 

Nou... dikke domper, Nu ik de condenser spiraal met een volle slag verlengd had (foto bericht #736) is bij vier testruns van een half uur, de flow 3 keer stilgevallen, en te oordelen aan de bedrijfsduur, eigenlijk alle vier de keren...

Ik wordt ergens door gefopt waardoor ik DENK dat het water blijft stromen. Het lijkt haast wel dat het koelwater in de heet genoeg wordt om aan de kook te komen.
Hoe dat kan begrijp ik niet, want de druk aan de stoomzijde in de condenser is gewoon afmosferisch, wat inhoudt dat het max 100 graden is, en aangezien je nooit 100% temperatuur-overdracht hebt, zou het koelwater eigenlijk niet moeten KUNNEN koken...
De pitotbuis duwt het water tot in de condenser, en heel zo nu en dan schiet er een klein beetje water door, (dat is op de video duidelijk te zien) maar het stroomt overduidelijk niet door, want de condensaat-productie verandert niet als ik de boel afkoppel.

Ik heb nog een héél geringe hoop dat "vrij varend" de doorstroming WEL in stand blijft, maar ik heb er een hard hoofd in.

Dat is natuurlijk fors balen, en ik zie eigenlijk geen andere optie, dan toch naar een pompje uit te kijken.

Vooreerst heb ik deze besteld: Dc12v 5w miniatuur food grade borstelloze dc dompelpomp | Fruugo NL
Met wat geluk draait die ook op de beschikbare 7,5 volt, en dan zou ik een heel energiezuinige koelwatervoorziening van plm 1 L/min moeten hebben.
Het is zwaar tegen mijn principes, maar hééél soms moet je een compromis maken.

Vandaag éérst een proefopstelling maken met externe watertoevoer, om te kijken wat voor condensaatproductie ik KAN bereiken. Moet nog even verzinnen hoe ik dat ga doen...

Wat overigens wel héél opvallend is, is dat ik met de kortere voedingswater-spiraal zelfs een licht hogere voedingwatertemperatuur bereik (73 Celsius tegenover 71 Celsius) en dát begrijp ik ook nog niet helemaal goed...