Pulser pump/de

Die Pulspumpe ist ein einfaches, wasserbetriebenes mechanisches Gerät, auch bekannt als Blasenpumpe. Komponenten dieser Pumpe werden für verschiedene Zwecke eingesetzt, beispielsweise zur Ölgewinnung oder in Kältekreisläufen. Wärmebetriebene Blasenpumpen sind am weitesten verbreitet, doch diese spezielle Bauart der Pulspumpe, die die turbulente Strömung eines Bachs nutzt, um Luft einzuschließen, ist noch nicht weit verbreitet. Die beiden Hauptvorteile dieser Pumpe sind, dass sie keine mechanischen oder beweglichen Teile besitzt und keine Chemikalien benötigt – sie verwendet ausschließlich Wasser aus einem Bach. Einmal in der Nähe eines Bachs installiert, kann die Pumpe Wasser allein mit der Energie des Bachs fördern.

Ich erteile die Erlaubnis, sämtliche Bilder und animierten GIFs, die ich in der Vergangenheit für dieses Projekt erstellt habe, wiederzuverwenden und anzupassen. Brian White, 3. Mai 2010

Hintergrundinformationen

Übersicht

Die Pulspumpe ist eine Kombination aus Trompe- und Luftheberpumpe . In der Nähe eines Bachs installiert, kann sie Wasser über den Bachpegel hinaus fördern. Dadurch werden auch schwer zugängliche Bäche erschlossen oder Wasser aus einem Bach zu einem anderen Ort geleitet, beispielsweise zur Bewässerung oder als Trinkwasser.

Die Pulspumpe nutzt den Trompe-Teil, um den Luftheber-Teil anzutreiben. Ein Video, das die Pumpe erklärt, finden Sie hier .

Vorteile

Wie bereits in der Einleitung erwähnt , bietet diese Pumpe zwei wesentliche Vorteile. Erstens benötigt diese Pulsationspumpe keine chemischen Komponenten, wie sie bei wärmebetriebenen Blasenpumpen üblich sind, die nach ähnlichen Prinzipien arbeiten (siehe Abschnitt „Wärmebetriebene Blasenpumpen“ weiter unten). Dadurch eignet sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die das Pumpen von sauberem Wasser erfordern, beispielsweise zur Bewässerung und Trinkwasserförderung. Da keine Chemikalien benötigt werden und das vorhandene Bachwasser als Fördermedium genutzt wird, werden die Pumpenkosten zudem erheblich gesenkt.

Zweitens besitzt die Pulspumpe keine beweglichen Teile. Nach der Installation nutzt sie die turbulente Strömung des Wassers, um Luft einzuschließen, und die Schwerkraft, um diese zu komprimieren (siehe Funktionsprinzip unten). Dadurch wird ein Teil des Wassers auf eine Höhe oberhalb des Wasserspiegels gepumpt. Es werden keine mechanischen Bauteile benötigt, die üblicherweise teurer und schwieriger zu installieren sind.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen wird behauptet, dass Pulspumpen die Wasserqualität durch Erhöhung des Sauerstoffgehalts positiv beeinflussen. ^{[ 1 ]} Die Grundidee besteht darin, dass durch die Vermischung von Luft und Wasser in der Ansaugpumpe die vergrößerte Oberfläche zwischen den beiden Komponenten eine höhere Sauerstoffzufuhr ins Wasser ermöglicht als üblicherweise in einem Bach. Weitere Forschung ist erforderlich, um diese Annahme zu bestätigen.

Verlauf

Trompe-Pumpen wurden vor der Erfindung der Wasserkraftturbinen eingesetzt , um Luft in Bergwerke zu pumpen, die pneumatischen Maschinen für den Bau der ersten Alpentunnel mit Druckluft zu versorgen und Motoren anzutreiben, die Ende des 19. Jahrhunderts die wohlhabenden Viertel von Paris beleuchteten. Luftheberpumpen werden noch heute von Wasserwerken häufig verwendet, um Wasser aus sehr tiefen Brunnen zu fördern. Sie nutzen Kompressoren, um Luft in die Brunnen zu drücken, die dann durch ein zweites, breiteres Rohr, das das Wasser mitführt, wieder nach oben strömt.

Funktionsprinzip

Eine Pulsationspumpe (auch Blasenpumpe genannt) nutzt den Wasserdruck, um Luft zu komprimieren. Dadurch wird Wasser verdrängt und in Form von „Pulsen“ auf eine größere Höhe befördert. Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Trompe- oder einer Luftheberpumpe.

Modellerstellung bearbeiten

Aufbauend auf dem Erfolg ähnlicher Pilotprojekte ^{[ 2 ]} wurde ein Prototypmodell entwickelt. Die hier aufgeführten Materialien dienen dem Bau eines Modells, das für Anwendungen im kleinen Maßstab, wie sie im Abschnitt „Bestehende Pumpen“ beschrieben sind, oder für weiterführende Tests verwendet werden kann. Die hier beschriebenen Kunststoffschläuche sind flexibel und eignen sich gut für Tests, da sie auf die gewünschte Höhe gebogen und für verschiedene Tests wiederverwendet werden können. Alternativ könnten auch starre PVC-Rohre verwendet werden, die sich außerhalb von Tests als praktischer erweisen würden. (Siehe Abschnitt „Tests “.)

Materialien

Diese Materialien sind wesentliche Bestandteile dieser Pulsationspumpe. Außer einer Schere zum Durchtrennen der Schläuche wurden keine weiteren Werkzeuge verwendet.

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  Abb. 1: 2 Stücke durchsichtiger Kunststoffschlauch mit 3/4" Innendurchmesser
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  Abb. 1a: 1 Stück durchsichtiger Kunststoffschlauch mit 3/8" Innendurchmesser
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  Abb. 1b: 2 Kunststoffschlauchverbinder mit 3/4"-Anschluss, die an einem Ende in den Kunststoffschlauch passen und am anderen Ende ein Gewinde haben.
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  Abb. 1c: 1 x 3/8"-Klemmringverschraubung, die an einem Ende um das Rohr passt und es so fixiert, und am anderen Ende ein Gewinde aufweist.
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  Abb. 1d: 1 x 1 1/2"-Dreiwegeverbinder mit zwei gegenüberliegenden und einer darüberliegenden Reibpassungsöffnung.
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  Abb. 1e: 2 x 1 1/2"- bis 3/4"-Verbinder, an einem Ende mit Innengewinde und am anderen Ende mit Reibpassung zur Verbindung mit dem Dreiwegeverbinder und dem Kunststoffrohrverbinder
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  Abb. 1f: 1 x 1 1/2"-auf-3/8"-Verbinder, an einem Ende mit Innengewinde und am anderen Ende mit Reibpassung zum Anschluss an den Dreiwegeverbinder und den Kunststoffschlauchverbinder

Zusätzlich zu den oben genannten Artikeln wurden folgende weitere Materialien benötigt, um dieses Modell aufzubauen und zu testen:

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  Abb. 1: 1 Schlauch zur kontrollierten Wasserzufuhr
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  Abb. 1a: Halterungen und Verbindungsmechanismen zur Befestigung der Schläuche
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  Abb. 1b: Eimer und Spülbecken zum Ablassen von überschüssigem Wasser

Kosten

Die Kosten für diesen Prototyp waren zwar relativ hoch, im Vergleich zu den Kosten der meisten anderen Wasserpumpen sind sie jedoch sehr gering. Sollte diese Konstruktion in größerem Maßstab realisiert werden, ließe sich der Preis wahrscheinlich deutlich senken. Die ungefähren Kosten dieses Prototyps sind unten aufgeführt:

Modell erstellen und einrichten

Der Aufbau dieses Modells ist sehr einfach, da es nur aus wenigen Bauteilen besteht. Die Schwierigkeit liegt darin, die Rohre so senkrecht wie möglich auszurichten.

Unten sehen Sie ein Video des von mir gebauten Modells in Aktion. Beachten Sie die Blasen in den Rohren, die deutlich zeigen, dass sich das Einlassrohr im Blasenströmungsbereich und das Pumpenrohr im Pfropfenströmungsbereich befindet.

Prototyp einer Impulspumpe

Autoren: Brian White

Der Prozess, der zum Aufbau dieses Modells verwendet wurde, wird im Folgenden detailliert beschrieben.

1

Die Rohre durchschneiden

• Zuerst müssen die Rohre auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden.
• Bei diesem Modell wurde das 3/4"-Einlassrohr auf eine Länge von ca. 2,1 m zugeschnitten.
• Das Auslassrohr wurde ebenfalls auf eine Länge von 2,1 m zugeschnitten, sodass es für verschiedene Tests variiert werden konnte.
• Das Pumprohr wurde lang gehalten, um die Höhe in den nachstehend beschriebenen Versuchen variieren zu können.

2

Schließen Sie den Trennbehälter an

• Bei diesem Modell dient der Dreiwegeverbinder als Trennbehälter für die Impulspumpe.
• Die 1 1/2"-auf-3/4"-Verbinder passten passgenau in die gegenüberliegenden Seiten des Dreiwegeverbinders. Zur Gewährleistung einer dichten Verbindung kann Epoxidharz verwendet werden.
• Der 1 1/2"-auf-3/8"-Verbinder wurde in die Dreiwege-Verbinderöffnung eingesetzt, die im 90-Grad-Winkel zu den beiden anderen Öffnungen steht.

3

Verbinden Sie die Schlauchverbinder

• Zuerst die Kompressionsverschraubung für den 3/8"-Anschluss an den 1 1/2"-auf-3/8"-Verbinder anschrauben.
• Schrauben Sie anschließend die Kunststoffrohrverschraubungen für den 3/4"-Anschluss an die 1 1/2"-auf-3/4"-Verbinder an.
• Durch das Verbinden dieser Teile vor dem Anschließen der Schläuche wird verhindert, dass sich die Schläuche verheddern.

4

Schließen Sie die Schläuche an.

• Das 3/4"-Rohr sollte fest auf den 3/4"-Anschluss passen. Es kann zusätzlich durch Anziehen einer Metallklemme fixiert werden.
• Die 3/8"-Kompressionsverschraubung besteht aus einem Bauteil, das um die Außenseite des Rohrs verläuft, einem kleinen Teil, das in das Rohr passt, um es offen zu halten, und dem Bauteil, das um die Außenseite des Rohrs verläuft, das in die bereits mit dem 1 1/2"-auf-3/8"-Verbinder verbundene Kompressionsverschraubung eingeschraubt werden kann, um das Rohr an seinem Platz zu halten.

5

Montage

• Nun sind alle Hauptkomponenten der Pumpe angeschlossen. Im nächsten Schritt wird die Pumpe in Betrieb genommen.
• Zunächst muss eine Methode zur Befestigung der Röhren gefunden werden. Hierfür kann eine Holzrückwand verwendet werden, an der die Röhren festgenagelt werden. Um eine leicht verstellbare Vorrichtung zu erhalten, wurden die Röhren in diesem Experiment mit Klebeband an der Halterung und der Wand befestigt.
• Achten Sie darauf, dass die Rohre senkrecht stehen und die Rohrhöhen den Wünschen entsprechen.
• Ein Schlauch wurde an das obere Ende des Einlassrohrs angeschlossen, indem sowohl das 3/4"-Rohr als auch die Schlauchdüse in ein kurzes, 1"-Rohr eingeführt wurden. Der Schlauch diente zur Simulation des Wasserstrahls.
• Der Abflussschlauch war so eingestellt, dass er in das Spülbecken entwässerte.

Testbearbeitung

Nach dem Aufbau des Modells wurden einige Vorversuche durchgeführt, um zu zeigen, dass die Pumpe tatsächlich nutzbare Arbeit verrichten kann. Für eine breitere Akzeptanz und Anwendung dieser Pulsationspumpenkonstruktion sind jedoch wesentlich detailliertere Tests erforderlich.

Bei diesem Test wurden zwei Variablen verändert: die Förderhöhe der Pumpe und die Höhe des Förderrohrs.

Es wird erwartet, dass mit zunehmender Förderhöhe auch die Fördermenge steigt. Dieser Effekt wurde an der Pumpe nachgewiesen, und die Ergebnisse sind unten dargestellt.

Mit zunehmender Höhe des Pumprohrs wird mehr Energie benötigt, damit die Impulse die Oberseite des Rohrs erreichen. Die damit einhergehende Verringerung der Fördermenge ist unten dargestellt.

Die kombinierte Betrachtung beider Variablen ergibt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Förderhöhe und Förderrohrhöhe hinsichtlich der Durchflussrate darstellt. Dieses Diagramm veranschaulicht den Zusammenhang zwischen diesen Größen und der Durchflussrate. Selbst bei hohen Förderhöhen kann die Durchflussrate gering sein, wenn das Förderrohr hoch ist. Umgekehrt reduziert eine geringe Förderhöhe auch bei geringer Förderrohrhöhe die durch das Förderrohr gepumpte Wassermenge. Dies wird in der folgenden Abbildung dargestellt.

Bei optimaler Leistung (große Förderhöhe und kurzes Förderrohr) erreichte dieses Modell eine Förderrate von fast 100 ml/s, was 1 l alle 10 Sekunden entspricht! Trotz mehrfacher Tests bei jedem Wert ist die Reproduzierbarkeit dieser Ergebnisse weiterhin fraglich. Ungeachtet der genauen Förderrate zeigt dieses Experiment das große Potenzial der Pulspumpe für den breiten Einsatz in der Wasserförderung. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um den genauen Zusammenhang zwischen Fördermenge, Förderhöhe und Höhe des Förderrohrs besser zu ermitteln.

Wissenschaftliches Modell

Obwohl Pulspumpen, oder zumindest verschiedene ähnliche Pumpentypen, schon seit geraumer Zeit existieren, gibt es keine zufriedenstellende Erklärung oder ein Modell, das sie beschreibt. Vergleichbare Probleme, wie beispielsweise bei wärmegetriebenen Blasenpumpen , betreffen oft geschlossene Systeme, die kein Auslassrohr benötigen. In diesem Abschnitt werden einige der wissenschaftlichen Prinzipien der Funktionsweise dieser Pumpe vorgestellt und zwei verschiedene Modelle entwickelt. Das erste Modell ist das einfache Manometermodell , das zweite das komplexere Druckmodell .

Zweiphasenströmung

Ein wichtiges Konzept für diese Konstruktion ist die Zweiphasenströmung , bei der eine Flüssigkeit und ein Gas durch einen Meniskus getrennt sind. Es gibt mindestens sieben verschiedene Strömungsregime der Zweiphasenströmung ^{[ 3 ]} , von denen einige während des Betriebs der Pulspumpe auftreten.

Slug Flow

Die Förderwirkung der Pumpe im Förderrohr erfolgt hauptsächlich im Bereich der Pfropfenströmung. Bei der Pfropfenströmung trennen sich Flüssigkeit und Gas in verschiedene Schichten, die nahezu den gesamten Rohrquerschnitt ausfüllen, wie unten dargestellt.

Bei Strömungen im Pfropfenregime hängt der zulässige Rohrdurchmesser von der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität ab. Die Strömungsgeschwindigkeit im Pumpenrohr ist selbst unter vereinfachenden Annahmen nur schwer zu beschreiben. Beispielsweise sind die Blasen bei nicht vertikaler Rohrführung nicht mehr symmetrisch, was zu Änderungen ihrer Geschwindigkeit führt. Zur vollständigen Beschreibung der Strömung sind mehrere dimensionslose Größen erforderlich, darunter die Froude-Zahl, die Eötvös-Zahl und die Reynolds-Zahl. ^{[ 4 ]} Obwohl noch kein eindeutiger Konsens über das geeignetste Modell besteht, wurden bereits mehrere vorgeschlagen. ^{[ 5 ]}

Die vollständige Bestimmung der Fluideigenschaften während der Pfropfenströmung und die Ableitung eines Modells, das alle Auswirkungen dieses Strömungsregimes berücksichtigt, gehen über den Rahmen dieses Modells hinaus. Stattdessen wird ein wesentlich einfacheres Modell betrachtet, das vollständig vertikale Rohre und stationäre Strömung usw. annimmt, wie weiter unten erläutert.

Manometer-Modell

Bei mehreren Röhren in derselben Flüssigkeit ergibt sich die maximale Flüssigkeitshöhe in jeder Röhre aus der Massenerhaltung. Nach dem gleichen Prinzip wie bei einem Manometer bestimmen der Außendruck, die Dichte und der Durchmesser der Röhre die Flüssigkeitshöhe. Das bedeutet, dass das Produkt aus Dichte ρ, Querschnittsfläche A und Flüssigkeitshöhe h für alle Röhren gleich ist, wenn der Druck am Ausgang gleich ist, wie in der Abbildung rechts dargestellt. Wenn also ein geschlossener Behälter mit Wasser gefüllt ist und zwei identische, zur Luft offene Strohhalme oben angebracht sind, steigt die Flüssigkeit in beiden Strohhalmen auf die gleiche Höhe; es befindet sich also in keinem Strohhalm mehr Flüssigkeit als im anderen.

Das heißt:

 (ρAH)1=(ρAH)2

Dies ist logisch, wenn alle Variablen konstant sind. Bei einer Pulspumpe ist das Problem komplexer. Es gibt ein Einlass- und ein Auslassrohr mit gleichem Querschnitt, aber unterschiedlichen Höhen, sowie das Förderrohr mit kleinerem Querschnitt und größerer Höhe. Einlass- und Auslassrohr sind nahezu vollständig mit Wasser gefüllt, sodass die Dichte näherungsweise der von Wasser entsprechen kann. Allerdings ist das Förderrohr zu einem bestimmten Zeitpunkt zu einem großen Teil mit Luft und nicht mit Wasser gefüllt. Die obige Gleichung lautet dann:

 ρwATeR(AH)ichNleT=ρwATeR(AH)OuTleT+[ρwATeR%wATeR+ρAichR%AichR](AH)PuMP

Oder, falls die Einlass- und Auslassrohre den gleichen Querschnitt haben:

 ρwATeRA(HichNleT−HOuTleT)=[ρwATeR%wATeR+ρAichR%AichR](AH)PuMP

WoHichNleT−HOuTleTist die hydraulische Förderhöhe. Die Höhe, bis zu der das Wasser gepumpt werden kann, lässt sich dann durch Auflösen nach bestimmen.HPuMP

HPuMP=ρwATeRA(HichNleT−HOuTleT)[ρwATeR%wATeR+ρAichR%AichR]APuMP

Das Hauptproblem dieses Modells besteht darin, dass es die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Pumpe außer Acht lässt. Diese ist jedoch nicht zu vernachlässigen, denn wäre die Fluidbewegung vernachlässigbar, würde sich die Luft im Auslassrohr vom Wasser trennen, und die Pumpe verlöre ihre Förderleistung. Das Manometermodell veranschaulicht jedoch das Grundprinzip der Pumpe und widerlegt den häufigsten Kritikpunkt an der Pulspumpe: die Behauptung, es sei physikalisch unmöglich, dass das kleinere Förderrohr Wasser über die anfängliche Förderhöhe hinaus fördert. Die obige Argumentation zeigt, dass dies nur dann zutrifft, wenn das Fluid im Förderrohr ruht oder die vorhandene Luftmenge vernachlässigbar ist.

Druckmodell

Theorie

Um die Strömungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen, muss die Strömung mithilfe des Energieerhaltungssatzes und der Bernoulli-Gleichung detaillierter analysiert werden . Dieses Verfahren modelliert die Druckänderung der Strömung an den verschiedenen Messpunkten.

An Position 4 ergibt sich der Druck von Position 1 wie folgt:

 P4=P1+ρ4GH1−ρ4(v42−v12)2

Ebenso, bei 5 von 2:

 P5=P2+ρ5GH2−ρ5(v52−v22)2

Und um 6 Uhr von 3 Uhr:

 P6=P3+ρ6GH3−ρ6(v62−v32)2

Die Strömungsgeschwindigkeit bei Punkt 3 wird als null angenommen, um die maximale Förderhöhe des Wassers zu bestimmen. Dies liefert eine Obergrenze für die erreichbare Förderhöhe. Die Drücke bei den Punkten 1, 2 und 3 können auf etwa eine Atmosphäre geschätzt werden, da das Wasser bei Punkt 3 in die Atmosphäre austritt und bei den Punkten 1 und 2 nur ein sehr geringer hydrostatischer Druck aufgrund der Wassertiefe herrscht. Die Durchführung einer Kontrollvolumenanalyse des unteren Behälters zwischen den Punkten 4, 5 und 6 ergibt aufgrund der Massenerhaltung Folgendes:

 ρ4A4v4=ρ5A5v5+ρ6A6v6

Die Querschnittsflächen aller Rohre sind aufgrund der Versuchsgeometrie bekannt. Das Auslassrohr enthält nur minimal Luft, daher kann angenommen werden, dass seine Dichte der von Wasser entspricht.

Aufbauend auf den Arbeiten einer Quelle ^{[ 6 ]} , die eine wärmegetriebene Blasenpumpe in einem geschlossenen System analysierte, lässt sich die Druckänderung von 4 und 5 zu 6 wie folgt beschreiben:

 P6=P4−ρ6v4(v6−v4)−P5+ρ6v5(v6−v5)

Bis zu diesem Punkt der Herleitung wurden alle Annahmen für einen recht allgemeinen Fall getroffen. Die folgenden Annahmen im Modell führen zu einem spezifischeren, vereinfachten Modell. Die erste Annahme ist, dass die Geschwindigkeit zwischen 4 und 5 annähernd konstant ist. Da nur ein kleiner Teil des Fluids zum Austritt aus dem Pumpenrohr umgeleitet wird, wird angenommen, dass der Großteil des Fluids seinen Impuls beim Durchströmen des Auslassrohrs beibehält.

Zweitens wird angenommen, dass der Gasgehalt im Pfropfenströmungsbereich innerhalb des Pumpenrohrs 70 % beträgt, was einem Durchschnittswert für Pfropfenströmung entspricht. Weiterhin wird angenommen, dass sich das Gas im Einlassrohr im Blasenströmungsbereich befindet, wo der Gasgehalt im Durchschnitt 30 % beträgt. ^{[ 7 ]} Daraus folgt:

 ρ6=0Die7ρAichR+0Die3ρwATeR

 ρ4=0Die3ρAichR+0Die7ρwATeR

Theorie testen

Mit diesen sieben Gleichungen und den zugehörigen Annahmen weist das Druckmodell noch eine Unbekannte mehr als Gleichungen auf. Daher muss eine plausible Höhe iterativ ermittelt werden. Als Eingangsgrößen dienen die geometrischen Parameter des Systems. Ausgegeben werden Druck und Geschwindigkeit an Punkt „4“, wo der höchste Druck erwartet wird. Sind diese Werte plausibel, kann das System eingerichtet werden; andernfalls ist eine weitere Iteration erforderlich.

Ein erster Modellierungsversuch dieses Systems wurde mit der EES-Software durchgeführt. Die oben genannten Gleichungen wurden definiert und einige Anfangsbedingungen festgelegt. Wie in der Abbildung ersichtlich, müssen neben den oben genannten Annahmen auch die Höhe und die Durchmesser der Rohre sowie die Strömungsgeschwindigkeit an den Punkten 1 und 2 eingegeben werden. Das Programm gibt anschließend die Strömungsgeschwindigkeit im gesamten Rohr und die Drücke aus. Um die Gültigkeit dieses Modells besser beurteilen zu können, kann dieses EES-Programm oder ein ähnliches verwendet werden.

Vorhandene Pulserpumpen

Pulspumpen genießen aufgrund fehlender wissenschaftlicher Begutachtung wenig Glaubwürdigkeit, obwohl sie zunehmend erforscht werden (siehe die externen Links unten). Es wurden jedoch bereits mehrere Modelle gebaut, und online sind Videos verfügbar, die ihre Funktionsweise veranschaulichen. Diese Pulspumpenkonstruktion ist nicht patentiert und die Konstruktionspläne sind gemeinfrei. ^{[ 8 ]}

Pulserpumpe in Betrieb nehmen

Ein Beispiel für eine 20 Jahre alte, funktionstüchtige Pulspumpe finden Sie hier , falls die Anzeige unten nicht lädt. Diese Pumpe wird von einem kleinen Bach mit 300 Litern Wasser angetrieben, der 0,5 Meter tief fällt und so die nötige Energie erzeugt. Messungen an dieser Pumpe zeigen, dass eine scheinbare Wassergeschwindigkeit im Trompeteil zwischen 0,32 und 0,68 Metern pro Sekunde ausreicht, um die Luftblasen durch das Rohr zu befördern.

Die optimale Luftgeschwindigkeit im Bereich der Lufthebevorrichtung liegt zwischen 0,7 m/s und 1,5 m/s. Dies wurde bei Verwendung von 12-mm- und 19-mm-Rohren und senkrechtem Pumpen nach oben ermittelt.

Eine niedrigere scheinbare Luftgeschwindigkeit erwies sich beim Aufpumpen einer Steigung als optimal. (Die scheinbare Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Wassers oder der Luft durch die Rohre, vorausgesetzt, es befindet sich nur eine Flüssigkeit im Rohr.) Sie dient als guter Richtwert, wenn Sie Ihr eigenes System bauen. Brian

Laut Gaiatechnician können Pulserpumpen mit wesentlich größeren Fördermengen und Förderhöhen arbeiten .

Aufgrund ihrer extremen Einfachheit können sie für Gemeinden an Gewässern von großem Nutzen sein. Die winzige Impulspumpe im Video kann etwa 5 Tonnen Wasser pro Tag in einen Speicherbehälter pumpen. ^{[ 9 ]}

Ein zweites Beispiel ( hier abgebildet ) nutzt die Pulspumpe zur Wasserversorgung von Tieren. Sie hat eine Fördermenge von ca. 30 Litern/min durch ein 40-mm-Abflussrohr. Sie kann 30 ml/min bis zu einer Höhe von 3 m oder 1 l/min bis zu einer Höhe von 1 m fördern. ^{[ 10 ]}

Mike Donevan von Practical Farm Ideas hat mir freundlicherweise erlaubt, Bilder und Texte aus seiner Zeitschrift über die Pumpe zu verwenden, im Gegenzug für einen Link. http://www.farmideas.co.uk/

Ich denke, sie werden für jeden wertvoll sein, der grobe Richtwerte benötigt, um die passenden Rohrgrößen für seine Projekte abzuschätzen.

Brian White

Wärmebetriebene Blasenpumpen

Wärmegetriebene Blasenpumpen sind die am häufigsten anzutreffende Art von Pulspumpen. Sie nutzen ein ähnliches Funktionsprinzip wie die hier beschriebene Pulspumpe, jedoch in einem geschlossenen System. Im Allgemeinen wird ein Kältemittel mit einem Siedepunkt unterhalb des Wassers mit der Arbeitsflüssigkeit vermischt. Nach der Kompression des Gemisches wird es erhitzt, wodurch sich im Arbeitsmedium aus dem Kältemittel Blasen bilden. Diese Kältemittelblasen drücken dann, wie bei der Pulspumpe, das Wasser im Pumpenrohr nach oben. Das Gemisch gelangt anschließend in eine Trennkammer, wo die Flüssigkeit zu einem Absorber und das Kältemittel zu einem Kondensator geleitet wird. ^{[ 11 ]}

Schlussfolgerungen

Diese spezielle Pulspumpe ist extrem einfach zu bauen und hat das Potenzial, die Wasserförderung grundlegend zu verändern. Da sie ohne Chemikalien auskommt, wird das in den Bach zurückgeleitete Wasser nicht verunreinigt. Im Gegenteil, es gibt Hinweise darauf, dass das zurückgeleitete Wasser sogar sauerstoffreicher ist und somit einen besseren Lebensraum für Unterwasserlebewesen bietet. Das restliche Wasser kann zur Bewässerung von Feldern oder als Trinkwasser genutzt werden. Durch die von der Pumpe erzeugte Förderhöhe kann Wasser über größere Entfernungen transportiert werden, als es der Bach allein könnte.

Die Pumpe selbst besteht aus wenigen Materialien, lediglich aus einfachen Schläuchen und Verbindungen, und lässt sich nach Optimierung des Designs kostengünstig herstellen. Nach der Installation ist sie nahezu wartungsfrei. Abgesehen von den anfänglichen Installations- und Materialkosten kann die Pumpe die Anwohner daher günstig und unkompliziert mit Wasser versorgen.

In dieser Analyse wurden sowohl ein experimentelles als auch ein theoretisches Modell entwickelt. Das experimentelle Modell basierte auf einer früheren Konstruktion und diente als Machbarkeitsnachweis. Es zeigte die erwarteten Trends deutlich auf und wies die höchsten Fördermengen bei großer Förderhöhe und kurzem Förderrohr nach. Zwei theoretische Modelle wurden vorgeschlagen. Das erste basiert auf dem Prinzip der Massenerhaltung, ähnlich einem Manometer. Dieses Modell lieferte eine grobe Schätzung für die Höhe des zweiten Rohrs, seine Gültigkeit ist jedoch aufgrund der Annahme einer vernachlässigbaren Strömungsgeschwindigkeit sehr begrenzt. Es widerlegt jedoch die Annahme, dass diese Konstruktion für eine Pulspumpe physikalisch unmöglich sei. Das zweite theoretische Modell nutzte sowohl die Massenerhaltung als auch die Energieerhaltung, um die Geschwindigkeiten und Drücke in jeder Pumpenstufe zu berechnen. Dieses zweite Modell erfordert, dass der Benutzer die ermittelten Werte iterativ anpasst, um eine sinnvolle Geometrie unter bestimmten Bedingungen zu bestimmen. Mithilfe des Engineering Equation Solver wurde eine Vorlage erstellt, die es dem Benutzer ermöglicht, die getroffenen Annahmen zu iterieren, um die optimale Geometrie zu ermitteln.

Empfehlungen

Sowohl das experimentelle als auch das theoretische Modell würden von einer Begutachtung durch Fachkollegen und weiterer Forschung erheblich profitieren. Das experimentelle Modell sollte mit einem strengeren Testverfahren geprüft werden, wobei deutlich mehr Tests bei jeder Höhe und Förderhöhe durchgeführt werden sollten. Weitere Variablen wie die Behältergröße, der Schlauchdurchmesser und die Strömungsgeschwindigkeit sollten ebenfalls getestet werden, um deren Auswirkungen auf die Pulspumpe zu ermitteln. Dabei sollte ein größerer Wertebereich berücksichtigt werden. Das größte Problem während dieses Experiments war die Leckage am ursprünglichen Behälter und Schlauch. Mit den oben beschriebenen Methoden lassen sich diese Probleme leicht beheben, sodass mehr Zeit für detailliertere Tests zur Verfügung steht.

Das vorgeschlagene theoretische Modell könnte mithilfe von Software wie dem oben beschriebenen EES-Programm weiterentwickelt und getestet werden. Darüber hinaus gibt es mehrere Faktoren, die bisher nicht berücksichtigt wurden und in das Modell einbezogen werden müssen, damit es die Durchflussrate durch die Pumpe präzise vorhersagen kann. Dazu gehören:

• Analyse der Zweiphasen-Pfropfenströmung in einem Pumpenrohr
• Bestimmung des Luftgehalts und des Strömungsregimes in Ein- und Auslassrohren
• Reibungs-/Viskositätsverluste
• Turbulente Strömung
• Druckgradient über den Trennbehälter

Externe Links

• Die Erklärung von Gaiatechnician auf YouTube finden Sie hier . Für eine detailliertere Erklärung besuchen Sie seine Website.
• Weitere Videos von funktionierenden Pulsationspumpen finden Sie hier und hier.
• Bubble Action Pumps Ltd. stellt ein ähnliches Produkt her, das Wasser durch Solarthermiekollektoren pumpt. Schauen Sie auf deren Website vorbei .
• Altenergymag beschreibt hier Pulserpumpen
• All About Pumps hat hier ebenfalls eine Beschreibung.
• Eine Anleitung zum Bau einer Pulspumpe finden Sie auf Instructables .

Referenzen