Dereden Elektrik Üretimi: Cross-flow (Ossberger) Türbini Yapımı
Cross-flow (çapraz akışlı) türbin, Ossberger türbini olarak da bilinir ve orta düzeyde düşü ile geniş bir debi aralığında verimli çalışabilen çok yönlü bir su türbinidir. Debisi mevsime göre değişen dereler için özellikle uygundur çünkü verimi kısmi yüklerde bile yüksek kalır. Bu yazıda kendi cross-flow türbininizi nasıl tasarlayıp yapabileceğinizi adım adım ele alıyoruz. Basit imalat yöntemleriyle üretilebilmesi, onu ev yapımı mikro hidroelektrik projeleri için cazip bir seçenek haline getirir.
Nasıl Çalışır?
Cross-flow türbini adını, suyun rotordan iki kez geçmesinden alır. Dikdörtgen bir memeden gelen su, silindirik rotorun kanatlarına önce dışarıdan içeriye çarpar, rotorun içinden geçer ve karşı taraftaki kanatlara ikinci kez çarparak enerjisinin büyük bölümünü aktarır. Bu çift geçiş, geniş bir debi aralığında yüksek verim sağlar. Rotor, iki dairesel yan plaka arasına dizilmiş çok sayıda eğri kanattan oluşur ve bir kılavuz kanat (guide vane) su akışını düzenler. Debi azaldığında meme genişliği ayarlanarak verim korunur, bu da türbini değişken dere koşullarına uyumlu kılar.
Gerekli Araçlar ve Malzemeler
- Rotor kanatları için kesilmiş çelik boru dilimleri (yay biçimli kanatlar)
- İki adet dairesel yan plaka (çelik veya alüminyum)
- Paslanmaz mil ve rulmanlı yatak çifti
- Dikdörtgen kesitli meme ve ayarlanabilir kılavuz kanat
- Türbin gövdesi için sac metal veya kaynaklı çelik muhafaza
- Cebri boru (penstock) ve giriş vanası
- Alternatör veya sabit mıknatıslı jeneratör
- Kayış-kasnak sistemi, şarj regülatörü, akü ve inverter
- Kaynak makinesi, taşlama, matkap ve multimetre
Aşama Aşama Yapımı
- Derenizin debisini ve düşüsünü ölçün; cross-flow türbini 2-40 metre düşü aralığında ve değişken debilerde iyi çalışır. Bu değerlere göre rotor çapını ve genişliğini belirleyin.
- Çelik boruyu eşit yay parçalarına bölüp kanatları hazırlayın ve iki yan plaka arasına eşit açılarla (genellikle 18-24 kanat) kaynaklayın.
- Rotoru mile sabitleyin, rulmanlı yataklara oturtun ve elle döndürerek dengeli, sürtünmesiz döndüğünü kontrol edin.
- Dikdörtgen memeyi ve ayarlanabilir kılavuz kanadı imal edip su jetinin rotor genişliğine tam oturmasını sağlayın.
- Rotoru muhafaza içine yerleştirin, cebri boruyu ve giriş vanasını bağlayarak su yolunu tamamlayın.
- Jeneratörü kayış-kasnakla mile bağlayın, suyu kademeli açıp voltajı ölçün ve regülatör-akü-inverter hattını devreye alın.
Verim Hesabı
Cross-flow türbinlerin en büyük avantajı, kısmi yükte bile verimi koruyabilmesidir. Teorik güç yine P = ρ·g·Q·H·η formülüyle bulunur; burada Q debi, H net düşü ve η toplam verimdir. İyi tasarlanmış bir cross-flow türbini %80’e yakın türbin verimine ulaşabilir, ancak jeneratör ve aktarım kayıplarıyla sistem verimi genellikle %50-65 aralığında kalır. Örneğin 6 metre düşü ve saniyede 40 litre (0,04 m³/s) debiyle, %60 verimle yaklaşık 1400 watt güç elde edilebilir. Meme genişliğini iki bölmeye ayırıp bağımsız kontrol ederek, düşük debilerde bile yüksek verim sağlanabilir; bu özellik cross-flow tasarımını değişken derelerde öne çıkarır.
Bakım İpuçları
Cross-flow türbinlerde bakım nispeten kolaydır çünkü tasarım basit ve ulaşılabilirdir. Su girişine ızgara koyarak kanatların yaprak ve çöple tıkanmasını önleyin; birikinti verimi hızla düşürür. Kanatlardaki aşınmayı ve kaynak noktalarındaki çatlakları düzenli kontrol edin, gerektiğinde onarın. Rulmanları mevsimlik olarak yağlayın ve kayış gerginliğini denetleyin, gevşek kayış güç kaybına yol açar. Muhafaza içindeki paslanmayı önlemek için metal yüzeyleri boyayın ve drenaj deliklerini açık tutun. Elektrik tarafında akü, regülatör ve kablo bağlantılarını periyodik denetleyerek sistemi güvenli ve verimli tutabilirsiniz.
