Redigerer Vannkraftverk (avsnitt)

==== Falltap i rør og tunneler ====
Formen av tverrsnittet vil av hensyn til falltapet ideelt være sirkulær, fordi denne formen gir størst areal og minst omkrets. Det er nemlig i omkretsen der vannet berører rørveggene at friksjon oppstår. Imidlertid vil det for anleggsdriften være gunstig at tunnelens bunn er flat (for kjøretøy) og at det er høye vertikale vegger, samt buet tak (heng). Det buede taket er gunstig både for sprengningen, av hydrauliske årsaker og for fjellets stabilitet.<ref name="JE65" />

{| class="toccolours" style="float: right; margin:0.5em 0 1em 1em; font-size: 85%; color:black; width:30em; max-width: 25%;" cellspacing="5"
| style="text-align: left;" |

'''Manings formel''':

<math>H_L = {v^2 \cdot l \over M^2 \cdot \left (\frac{r}{2} \right )^{4/3}}</math>

der:
: H<sub>L</sub> = falltapet [m]
: v = vannets hastighet [m/s]
: l = lengden av tunnelen [m]
: r = ''hydraulisk radius'' av tunnelen, definert som forholdet mellom væskefylt tverrsnittet delt på den våte periferien [m]
: M = ruhetskoeffisienten, også kalt Mannings tall [m<sup>-1/6</sup>g<sup>-1/2</sup>].

|}

''Viskøse falltap'' oppstår når vannet strømmer gjennom rør, trykksjakt, tilløpstunnel, luker og ventiler. På grunn av [[viskositet]] har vannet ingen hastighet helt inne mot rørvegger og andre flater, mens vannet har full hastighet midt i kanalens tverrsnitt. Det dannes sjikt utover i røret fra vegg mot senter med økende hastighet. Når vannet passerer varegrinden, et bend, en spjeldventil eller andre elementer oppstår turbulente strømninger som er spesifikke for akkurat dette stedet i vannveien, disse kalles ''singulære falltap''.

Falltapene gjør at fallhøyden reduseres gradvis fra det trykket en har når vannet står i ro i vannveien til det har normal hastighet ved drift. Det vi si at når turbinene i kraftstasjonen starter til de har fullt pådrag reduseres trykket en del. Den fallhøyden som oppgis for en kraftstasjon oppgis ved stillstand, det som kalles statisk trykk. Dynamisk trykk er det tapet av fallhøyde som oppstår og er proporsjonalt med kvadratet av vannets hastighet. [[Bernoulli-prinsippet]] beskriver dette matematisk. Falltapet reduserer kraftstasjonens totale virkningsgrad.

Falltapet i en tilnærmet sirkulær tunnel kan regnes ut etter ''Manings formel'' som vist i tekstboks til høyre.

Mannings tall har en verdi mellom 30 til 37 for tradisjonelle sprengte tunneler, og jo glattere flatene i tunnelen er desto høyere verdi. For fullprofilborede tunneler ligger M mellom 60 og 70.<ref name="CVS32" />

[[File:Moody EN.svg|miniatyr|venstre|[[Moodys diagram]] som brukes til å finne [[Ligninger for Darcy-Weisbachs friksjonsfaktor|Darcy friksjonsfaktor]].]]

For rør er [[Darcy-Weisbachs ligning]] mye brukt. Den brukes for sirkulære glatte rørflater, se tekstboks til høyre.

{| class="toccolours" style="float: right; margin:0.5em 0 1em 1em; font-size: 85%; color:black; width:30em; max-width: 25%;" cellspacing="5"
| style="text-align: left;" |

'''Darcy-Weisbachs ligning''':

:<math>h_f = f_D \cdot \frac{L}{D} \cdot \frac{\bar{v}^2}{2g}</math>

der symbolene betyr
: ''h<sub>f</sub>'' = falltap på grunn av friksjon&nbsp;[m]
:  ''L'' = lengden av røret&nbsp;[m]
: ''D'' = hydraulisk diameter, for et rør med sirkulært tverrsnitt er dette den indre diameteren, for en kanal med annet tverrsnitt benyttes spesielle formler for å finne denne størrelsen [m]
: ''v'' = den gjennomsnittlige vannhastigheten&nbsp;[m/s] , altså volum vannmengde per tidsenhet dividert på rørtverrsnittet
: ''g'' = tyngdens akselerasjon 9,81&nbsp;[m/s<sup>2</sup>]
: ''f<sub>D</sub>'' = en dimensjonsløse faktoren kalt ''Darcy friksjonsfaktor'', denne kan bli funnet ved hjelp av [[Moodys diagram]] eller ved å løse [[ligninger for Darcy-Weisbachs friksjonsfaktor]] der passende formel må velges ut fra forholdene. For råsprengte tunneler er faktoren typisk mellom 0,04 og 0,06<ref>[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 73.]]</ref>.

Når det gjelder de singulære tapene i vannveien beregnes disse ved hjelp av formelen:

:<math>h_s = k \cdot \frac{\bar{v}^2}{2g}</math>

der<br />
:k = faktor som er funnet empirisk og oppgis som typiske verdier i håndbøker og lærebøker.

Ved hjelp av en av disse formlene finner en netto fallhøyde for kraftverket slik:

:<math>H_N = H_B - h_f - h_s</math>

der
:H<sub>B</sub> = brutto fallhøyde [m] målt vertikalt (loddrett) fra vannspeilet i inntaksdammen til undervannsspeilet, eller for et kraftverk med peltonturbin (eller annen turbin av [[Impuls (fysikk)|impuls]]typen) fra vannspeilet til dysene.
|}

Begge formlene har det til felles at lengden av røret eller tunnelen, diameteren og kvadratet av hastigheten er bestemmende for falltapet. Når et kraftverk skal bygges er lengden av tilløpstunnel eller rør naturlig nok det vanskeligste å gjøre noe med, derimot kan diameteren (og derav vannhastigheten) optimaliseres. Diameteren til tunneler og rør er kostnadsdrivende og blir en del av investeringskostnadene. Falltapene representerer tapte inntekter i hele anleggets levetid og avhenger av fremtidig kraftpris. Ved optimalisering av diameteren vil en øke denne helt til reduksjonen av kostnadene for falltapet ikke lenger er større enn økningen av utbyggingskostnadene. Typisk vil vannhastigheten for rør være maksimalt 3–4&nbsp;m/s, og for tunneler 2&nbsp;m/s.<ref name="BF" />

En annen måte for å redusere falltapene er å gjøre tunnelen glattere, for eksempel med rensking av utspring og kvasse steiner i en råsprengt tunnel. Fullprofilborede tunneler er enda glattere, men koster mer. For råsprengte tunneler har det forekommet tverrsnitt helt opp mot 200 m<sup>2</sup>. For fullprofilboring finnes maskiner med diameter mellom 1,8 til 11 meter, men mest vanlig er diametere mellom 3,5 og 4,5 meter. Rør var tidligere vanlig også for store kraftverk, med diametere helt opp til 6 meter.<ref name="JE66" />

Falltap er også noe som kan utvikle seg i løpet av kraftverkets levetid. Kvister og andre gjenstander på varegrinden representerer økt tap, det samme gjør nedrast stein i en tilløpstunnel, rust eller algevekst i rør. Selv om dette bare gir noen få cm i tapt fallhøyde kan tapt energiproduksjon over et helt år bli stor. Vedlikehold og revisjon skal avdekke og forbedre denne typen tap. Trykkmålere kan avdekke slike forhold og gi automatisk varsel.<ref>[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 36.]]</ref>