[หมายเหตุบรรณาธิการ: มูลนิธิเรนทรีเป็นองค์กรระดับชาวบ้านขนาดเล็กในภาคเหนือของประเทศไทย ที่อุทิศตนเพื่อช่วยเหลือเด็กและชุมชนที่ด้อยโอกาส นอกจากการจัดการดูแลบ้านเด็ก, โครงการอุปถัมภ์เด็กและกิจกรรมเพื่อสังคมขนาดเล็กหลายแห่ง มูลนิธิเรนทรียังต้องพบกับปัญหาความต้องการปัจจัยขั้นพื้นฐานเช่นการเข้าถึงน้ำดื่มที่สะอาด และช่วยมองหาทางแก้ไขที่เหมาะสม]
ภาพที่ 1 กังหันน้ำที่ใช้ในแม่น้ำใกล้ๆ (ซ้าย) เพื่อสูบน้ำขึ้นเนินไปใช้สำหรับการปลูกต้นไม้ (ขวา) ระดับความชัน: ~6 ม.; ระยะทาง ~50 ม.
ความพยายามครั้งแรก
ขณะที่เราเริ่มมองหาวิธีการที่ยั่งยืนและใช้พลังงานทางเลือกในการสูบน้ำมาใช้นั้น ทีมงานของเราเริ่ม “ทดลองเล่นๆ”กับแนวคิดของการใช้กังหันน้ำเพื่อสูบน้ำเพื่อการชลประทานไปยังพื้นที่เพาะปลูกที่อยู่ในระดับความชันไม่มากนัก โดยเริ่มแรกนั้นเราเริ่มต้นด้วยการวิจัยและทดสอบเครื่องสูบน้ำที่เรียกว่า สลิงปั๊ม (Sling Pump) แต่ก็เลิกล้มไปหลังจากการทดสอบโดยใช้อุปกรณ์ต้นแบบที่มีอยู่หลายอย่าง สิ่งที่ท้าทายได้แก่ความยากในการประกอบอุปกรณ์เอง ค่าใช้จ่าย อุปกรณ์พิเศษที่ต้องใช้ และสุดท้ายคือประสิทธิภาพในการทำงาน
เมื่อรู้ว่าอุปกรณ์สูบน้ำทุกอย่างมีความเหมาะสมและการใช้งานแตกต่างกันไป เราจึงตัดสินใจเปลี่ยนไปอีกทางและเริ่มมองหากังหันสูบน้ำ ด้วยวิธีการออกแบบที่มีอยู่หลายอย่าง เราจึงตัดสินใจกำหนดเป้าหมายและข้อตกลงว่าการออกแบบที่เหมาะสมควรมีต้นทุนต่ำ ประกอบง่าย ดูแลรักษาง่าย และติดตั้งได้รวดเร็วสำหรับคนที่อยู่ในพื้นที่ที่มีน้ำไหล วัตถุประสงค์โดยรวมคือช่วยเกษตรกรที่อยู่ใกล้แม่น้ำหรือลำธารเล็กๆที่จะสามารถส่งน้ำไปใช้สำหรับพืชผลที่ปลูกไว้โดยไม่ต้องใช้เครื่องสูบน้ำที่ใช้ไฟฟ้าหรือน้ำมัน รวมถึงเป็นการช่วยลดการใช้แรงงานคนด้วย
เพื่อจะได้ไม่ต้องเริ่มทุกอย่างเองทั้งหมด เราจึงได้ไปหาดูที่ร้านขายอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องมือช่างแล้วตัดสินใจซื้อปั๊มลูกสูบขนาดเล็ก (ภาพที่ 2) ในราคาประมาณ 2,400 บาท รวมถึงชุดอะไหล่สำรองที่มีซีล สายรัด และลูกสูบเป็นจำนวนเงิน 260 บาท
ภาพที่ 2 ปั๊มลูกสูบ1 นิ้วจากร้านราคาประมาณ 2,400
ขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบล้อที่สามารถขับเคลื่อนปั๊มลูกสูบได้ โดยอาศัยการไหลของกระแสน้ำในลำธารเล็กๆเท่านั้น การออกแบบอันแรกของเรามาจากล้อจักรยานเก่าที่มีอยู่แล้ว โดยเราติดถังที่ใช้แล้ว 14 อันที่ล้อนี้ (ภาพที่ 1) จุดที่น้ำออกนั้นเราต่อสายยางรดน้ำไว้ ส่วนจุดที่น้ำเข้านั้นเข้ามาจากลำธารโดยตรง ตอนแรกนั้น รูปแบบที่เราทำขึ้นนี้ทำให้อากาศเข้าไปได้ เราจึงนำตะแกรงและถังที่เจาะรูไว้มาเป็นตัวช่วยให้ระดับน้ำทรงตัว (ภาพที่ 1) อัตราการไหลของน้ำในการทดลองนี้อยู่ที่ประมาณ 0.6 ถึง 0.8 ม/วินาที ซึ่งถือว่าไม่ช้าและไม่เร็วเกินไป ส่วนระดับความสูงจากปั๊มไปยังถังเก็บน้ำบนเนินคือประมาณ 6 เมตร โดยมีระยะทางประมาณ 50 เมตร เราคำนวนได้คร่าวๆคือ 3 ลิตรต่ออัตราน้ำไหล 1 นาที ซึ่งมากเกินพอเมื่อพิจารณาว่าปั๊มนี้จะต้องทำงานตลอด 24 ชั่วโมง (ประมาณ 4,500 ลิตรต่อวัน) ในแง่ของค่าใช้จ่ายนั้น ต้องขึ้นอยู่กับวัสดุอุปกรณ์ที่มีอยู่ แต่เราคำ นวณค่าใช้จ่ายรูปแบบที่เราทำนี้ไว้ที่ 4,000 บาท
การปรับปรุงการออกแบบ
แม้ว่าต้นแบบของเราจะทำงานได้ดีในภาพรวม แต่เรารู้สึกว่าน่าจะทำการปรับปรุงให้ดีขึ้นในส่วนของถังที่ใช้ในการขับเคลื่อนด้วยล้อ เราจึงได้ดัดแปลงล้อที่ทำมาจากเครื่องม้วนเก็บสายยางธรรมดาที่ใช้กับท่อพ่นสารเคมีขนาด ¼ นิ้ว เครื่องม้วนเก็บสายยางนี้ราคา 500 บาท และมาพร้อมกับตลับลูกปืน, ตัวโครงเหล็ก และที่จับสำหรับหมุนสายยาง เพื่อต้องการให้ล้อหมุนด้วยกระแสน้ำจากลำธารเราจึงเชื่อมแผ่นเหล็ก (ความหนาประมาณ 2 มม.) ระหว่างด้านข้างที่ปกติใช้เก็บสายยางได้เหมือนเดิม (ภาพที่ 3)
ภาพที่ 3 ปรับปรุงแบบจากอันเดิมโดยใช้โครงเครื่องม้วนเก็บสายยางและเชื่อมใบพัดเหล็ก
นอกจากนี้ เรายังได้ต่อท่อ PE ขนาด ½ นิ้วที่ปั๊มน้ำและสามารถเริ่มนำน้ำมารดต้นมะม่วงหิมพานต์ที่อยู่ห่างจากแหล่งน้ำไป 100 เมตร ระดับความชันนั้นใกล้เคียงกับสถานที่แรก (ระดับความชันสะสมประมาณ 6 เมตร) และอัตราการไหล
ของสายน้ำก็มีค่าใกล้เคียงกัน เห็นได้ชัดโดยทันทีว่าระยะทางทำให้ปั๊มน้ำทำงานหนักเกินไป ด้วยการเพิ่มแรงกดดันกับปั๊มลูกสูบ จนบางครั้งทำให้ปั๊มหยุดทำงานไปเลย และเป็นเช่นเดียวกันนี้เมื่อมีการยกท่อในระดับที่สูงขึ้นอีก เนื่องจากเราไม่สามารถควบคุมอัตราการไหลของลำธาร จึงมีข้อจำกัดที่จะเพิ่มอัตราการทำงานให้มากขึ้นได้ แต่ก็ถือว่าเราได้ประสบความสำเร็จในการนำน้ำส่งไปรดต้นไม้อย่างเพียงพอในแต่ละวัน โดยรวมแล้ว รูปแบบอุปกรณ์นี้มีราคาที่ถูกกว่า และมีพื้นผิวที่มากกว่าจึงช่วยให้ท่อส่งน้ำขนาดยาวกว่าสามารถสูบน้ำไปยังระดับความชันที่มากกว่าได้
ข้อสังเกตเพิ่มเติม
สิ่งที่เป็นข้อสังเกตคือการที่กังหันกับปั๊มน้ำต้องอยู่ในน้ำนั้นเป็นปัญหาสำคัญที่จะต้องแก้ไขให้ได้ ที่ว่าเป็นปัญหาเพราะตัวของปั๊มน้ำนั้นไม่สามารถแช่ใต้น้ำได้เนื่องจากการออกแบบที่มีมา โดยส่วนใบพัดจะต้องอยู่ลึกในน้ำพอที่จะหมุนได้อย่างเต็มที่ หลังจากทดลองอยู่หลายครั้ง เราจึงสามารถหาตำแหน่งสมดุลที่เหมาะสมได้
นอกจากนี้ เนื่องจากลำธารที่นี่ไม่ได้ไหลแรงมากนัก เราจึงต้องทำช่องทางน้ำเล็กๆเพื่อช่วยผันน้ำ โดยช่องน้ำนี้จะทำให้อัตราการไหลของน้ำสม่ำเสมอและเป็นจุดปลอดภัยที่จะเดินเครื่องสูบน้ำ (ภาพที่ 4) และสุดท้าย เราพบว่าในพื้นที่เหล่านี้ที่มีความต้องการน้ำเพื่อการชลประทาน เราสามารถนำเครื่องสูบน้ำมาวางในลำธารได้ไม่ยาก จึงทำให้สะดวกต่อการใช้มาก
ภาพที่ 4 การผันน้ำและกังหันน้ำติดตั้งในน้ำที่ไหลช้าๆ
การใช้อีกวิธีหนึ่ง
เนื่องจากเราได้ซื้อปั๊มลูกสูบมาแล้ว เราจึงต้องการทดลองระบบที่นำปั๊มลูกสูบนั้นไปใช้ได้เลย ครั้งนี้เราได้สำรวจความเป็นไปได้ในการใช้ระบบแพลอยน้ำ (ภาพที่ 5) ค่าใช้จ่ายของวิธีการใหม่นี้มีราคาสูงขึ้นมากเพราะแพที่เราใช้ไม่มีขาย ในพื้นที่ เนื่องจากพื้นที่นี้ยังไม่มีการทำฟาร์มกุ้งกันอย่างแพร่หลาย จึงต้องมีการสั่งซื้อแพที่ส่งมาจากทางภาคใต้ของประเทศ ราคาของแพ โครงสร้าง ล้อ และลูกปืนมีราคาที่ประมาณ 12,000 บาท
ภาพที่ 3 รูปแบบแพลอยน้ำที่ดัดแปลงมาจากเครื่องเติมอากาศที่ใช้ในฟาร์มเลี้ยงกุ้ง
ในการดัดแปลงระบบ เราได้เพิ่มเฟืองโซ่ไว้ด้านบนของแกนหมุนใบพายแล้วต่อเข้ากับเฟืองโซ่ที่ขนาดใหญ่กว่าที่ติดเข้ากับแกนหมุนสายพาน ถ้าจำไม่ผิด เรามีเฟืองโซ่ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 50 มม. ที่เพลาของปั๊มและเฟืองโซ่ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 150 มมที่แกนหมุนของแพ
เราได้ทำการทดสอบระบบนี้ในสถานที่อื่น ซึ่งเป็นลำธารอีกที่หนึ่งในช่วงฤดูฝน เราประเมินการไหลของน้ำในลำธารนี้ไว้อย่างน้อยที่ความเร็ว 1.2–1.5 เมตร/วินาที ปัญหาหลักที่เราพบคือการยึดแพลอยน้ำไว้ให้อยู่ตรงกลางของกระแสน้ำ เสียดายที่สายลวดเคเบิลที่เรายืดไว้กับด้านข้างของริมตลิ่งยังทำให้แพขยับไปมาและเคลื่อนออกจากกระแสน้ำ ปัญหาอีกอย่างหนึ่งของใบพายเติมอากาศที่ออกแบบมาใช้ในฟาร์มกุ้งคือใบพายเหล่านี้มีรูเพื่อให้อากาศผ่าน ซึ่งไม่เป็นประโยชน์นักเมื่อเราต้องการกำลังให้ได้มากที่สุดจากการไหลของกระแสน้ำ และในท้ายที่สุด เราพบกับปัญหาในการทำให้แพนี้อยู่นิ่งๆ เนื่องจากความแรงของกระแสน้ำทำให้ด้านหน้าของแพจมลงน้ำไป
สรุป
จากการทดลองของพวกเราที่เป็นเพียงมือสมัครเล่น ผมมั่นใจว่าเราสามารถหาแนวทางที่ใช้ต้นทุนต่ำเพื่อตอบโจทย์ความต้องการในการส่งน้ำไปใช้ของเกษตรกรที่อยู่ใกล้กับแหล่งน้ำที่มีกระแสน้ำไหลได้
ภาพที่ 6 การพยายามแก้ปัญหาให้แพอยู่ให้ตรงกับกระแสน้ำ