ลานซักล้าง

บันทึกเรื่องสูบน้ำใช้ธรรมชาติกับฟิสิกส์ซึ่งผมเขียนไว้เมื่อวันที่ 9 มี.ค. 2551 ถูก reblog ครั้งหนึ่งไปยังฟิสิกส์ราชมงคล

เมื่อศึกษาเพิ่มเติม แล้วเขียนออกมาเป็นบันทึกชุดกังหันน้ำก้นหอย [1] [2] [3] [4] และบันทึกนี้ซึ่งเป็นบันทึกสุดท้าย ผมได้รับความคิดเห็น อีเมล และ SMS ขอข้อมูล และขอเว็บไซต์ที่ไปศึกษามา และแจ้งด้วยว่าอยากร่วมทดลองสร้างต้นแบบ เนื่องจากเห็นว่าเป็นประโยชน์กับชีวิตชาวบ้าน สร้างได้ด้วยราคาถูก และชาวบ้านบำรุงรักษาได้เอง ขออนุโมทนาด้วยครับ

ผมเองไม่ค่อย bookmark อะไรไว้ เมื่อจะศึกษาอะไรก็ค้นเอาในเวลาที่สนใจ เพียงแต่ว่าเวลาค้าจะต้องหาคำสำคัญ (keyword) ให้ถูกต้อง ในกรณ๊นี้ใช้ “spiral pump” “water wheel” “hydro power” ฯลฯ

สำหรับเว็บไซต์ที่ไปเอารูปมา อยู่ที่

• The Spiral Pump: A High Lift, Slow Turning Pump
• The story of a waterwheel

ความรู้ที่แท้จริงนั้น จะต้องแยกความรู้สึกและความเห็นออก เหลือแต่แก่นของความรู้แท้ๆ

กังหันน้ำก้นหอย มีใช้มาตั้งแต่ยุคที่ไม่มีไฟฟ้า เป็นการเปลี่ยนพลังงานจลน์ (น้ำไหลหมุนกังหัน) เป็นพลังงานศักย์ (ยกน้ำขึ้นสูง) โดยวิธีการก็เป็นความรู้้ระดับมัธยม

แต่เครื่องมือใดๆ ในโลกนั้น ต่างก็มีข้อจำกัดด้วยกันทั้งนั้น บันทึกนี้กล่าวถึงข้อดี ข้อจำกัด และวิธีแก้ไขข้อจำกัด

1. หัวตักน้ำที่อยู่ปลายท่อ มีขนาดใหญ่กว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อ เพื่อที่จะกรอกน้ำเข้าไปในท่อ แม้หัวตักน้ำยกตัวขึ้นพ้นน้ำไปแล้ว
2. กังหันนี้หมุนช้าๆ ก็สามารถทำงานได้ ซึ่งเหมาะกับเมืองไทยที่พื้นที่ไม่มีความลาดเอียงมากนัก ลำธารจึงไม่ไหลเชี่ยว แต่หากลำธารมีน้ำไหลช้ามากหรือเกือบนิ่ง อาจใช้ฝายขนาดเล็ก ปล่อยน้ำออกในช่องที่เล็กกว่าความกว้างของลำธาร เพื่อเพิ่มความเร็วของน้ำ ให้ไปหมุนกังหัน
3. เมื่อน้ำเข้าถึงขดในสุดแล้ว ความดันอากาศยังคงรักษาอยู่ได้โดยปล่อยน้ำออกที่ระดับสูง ตามที่คำนวณหรือทดลองไว้
4. หากกังหันน้ำ ไม่สามารถส่งน้ำขึ้นไปยังระดับความสูงที่ต้องการได้ เราสามารถลดขนาดพื้นที่หน้าตัดของท่อที่ส่งน้ำขึ้นสูงนี้ลง (เมื่อพื้นที่ลดลง จะยกน้ำขึ้นได้สูงกว่าเดิม เช่นเดียวกับการบีบปลายสายยางรดน้ำต้นไม้)

อ่านต่อ »

จากบันทึกก่อน กังหันน้ำก้นหอยนี้ ทำงานด้วยการประยุกต์กฏของบอยด์ ซึ่งกล่าวโดยคร่าวๆ ว่า สำหรับก๊าซแล้ว เมื่ออุณหภูมิคงที่ ปริมาตรคูณกับความดัน มีค่าคงที่ ซึ่งอาจจะจำได้ในรูปของสูตร P₁V₁ = P₂V₂ สมัยเด็กๆ นัยของกฏของบอยด์บอกว่า ถ้าอุณหภูมิคงที่ เมื่อปริมาตรน้อยลง ความดันจะสูงขึ้น

1. กังหันน้ำก้นหอย ตักน้ำเมื่อหัวตักจุ่มลงไปในน้ำ แต่เมื่อพ้นน้ำแล้ว มีอากาศตามเข้าไป
2. น้ำและอากาศถูกส่งเข้าไปยังขดถัดไป ใกล้ศูนย์กลางมากขึ้นเรื่อยๆ
3. แต่เมื่อเลื่อนไปยังขดถัดไป ปริมาตรน้ำเท่าเดิม แต่ปริมาตรอากาศลดลง
   • ปริมาตรของขด = พื้นที่หน้าตัดของสายยาง x เส้นรอบวงของแต่ละขด
   • พื้นที่หน้าตัดของสายยางคงที่้
   • เส้นรอบวงของแต่ละขด = 2πr โดยที่ r เป็นรัศมีของแต่ละขด
   • เมื่อเป็นขดในๆ มากขึ้น รัศมีก็ลดลงเรื่อยๆ ทำให้ปริมาตรของแต่ละขดลดลงเรื่อยๆ เช่นกัน
   • แต่ปริมาตรน้ำซึ่งเป็นของเหลว(เกือบ)คงที่ ช่องว่างที่เป็นที่อยู่ของอากาศ จึงลดลงในอัตราที่มากกว่าอัตราการลดลงของรัศมี ซึ่งทำให้ความดันในขดในๆ เพิ่มขึ้นในอัตรที่มากกว่าการลดลงของรัศมี
   • นี่เป็นเหตุผลว่ากังหันน้ำก้นหอย สร้างความดันขึ้นได้อย่างไร โดยอาศัยเพียงการหมุนของกังหัน ถ่ายเทน้ำและอากาศเข้าไปยังขดในๆ
4. อากาศในขดนอกสุด มีค่าเท่ากับความดันบรรยากาศ (1 bar หรือดันน้ำขึ้นไปได้สูง 34 ฟุต/10.36 เมตร)

อ่านต่อ »

กังหันน้ำก้นหอย เป็นการใช้กฏของบอยด์ (หรือกฏของก๊าซ) ซึ่งเป็นความรู้ระดับมัธยมปลาย มาประยุกต์ใช้ สร้างความดันขึ้นในท่อ เพื่อยกน้ำขึ้นสูง

วัสดุหลักในการสร้างกังหัน มีท่อสายยาง กันหันน้ำ หัวตักน้ำ แป๊บเหล็กเป็นแกนหมุน และที่ทำเองได้ยากคือโรตารี่ยูเนี่ยน (rotary union บางทีเรียก rotary joint หรือ spiral เป็นท่อที่ปลายทั้งสองข้างหมุนจากกันได้อย่างอิสระ โดยของเหลวที่อยู่ภายในท่อไม่รั่วออกมา)

กังหันน้ำหมุนไปตามการไหลของกระแสน้ำ โดยหัวตักน้ำมีขนาดใหญ่กว่าสายยาง

เมื่อกังหันหมุนไป น้ำจะถูกตักส่งเข้าไปในสายยาง เมื่อหมุนไปเรื่อยๆ น้ำที่ถูกตักในรอบที่แล้ว ก็จะถูกส่งไปยังขดต่อไป ใกล้จุดศูนย์กลางของกังหันมากขึ้นเรื่อยๆ

เมื่อไปถึงขดในสุด ก็จะถูกส่งเข้าไปที่แป็บเหล็กที่เป็นแกนหมุน น้ำไหลออกมาจากกังหันผ่านแกนหมุน

ในรูปจะเห็นท่อที่ตั้งฉากกับกังหันอยู่สองท่อ ท่อล่างที่เป็นแกนหมุนของกังหัน ส่งน้ำออกมาด้วย ส่วนท่อบน ปั่นเอากำลังกลจากการหมุนของกังหัน มีการทดเฟืองเพื่อเพิ่มความเร็วในการหมุน

กังหันน้ำแบบนี้ ทำงานที่ความเร็วต่ำ จึงไม่ต้องการกระแสน้ำเชี่ยว แต่น้ำต้องไหลเพื่อหมุนกังหันไปเรื่อยๆ

อ่านต่อ »

บันทึกนี้ เขียนไว้เมื่อปีก่อนครับ ในหนึ่งปีที่ผ่านมา ผมศึกษาเพิ่มเติมถึงกังหันแบบต่างๆ ตลอดจนย้อนรอยไปการคำนวณ ซึ่งเป็นความรู้ระดับมัธยม นึกถึงสมัยเรียน วิชาการที่ศึกษามา สามารถจะทำอย่างนี้ได้ง่ายๆ แต่ทำไมถึงนึกไม่ออกเลย — เราเรียนกันแต่ทฤษฎี แต่ไม่รู้จะเอาไปใช้อย่างไร อาการอย่างนี้ รู้ทฤษฎีหรือไม่รู้ก็มีค่าเท่ากัน คือไม่มีใครได้อะไรขึ้นมาทั้งสิ้น

มีปัมป์น้ำที่ใช้กระแสน้ำไหล บวกกับความโน้มถ่วงและแรงดันอากาศ เพื่อใช้ลำเลียงน้ำมาฝากครับ

วิธีการนี้ ใช้กังหันน้ำ ซึ่งแน่ล่ะต้องมีน้ำไหล ตักน้ำปนอากาศ แล้วให้น้ำหนักของน้ำมากดอากาศเพื่อสร้างแรงดันในท่อปิด ทำให้สามารถส่งน้ำไปยังระดับที่สูงขึ้น จึงสามารถลำเลียงน้ำได้โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์

อ่านต่อ »