[scheikunde] Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

jmigchelbrink

Beste allen,

Als student bouwkunde ben ik aan het afstuderen op een project waarbij een plat dak wordt toegepast in combinatie met een permanente laag water. Dit is uit esthetisch oogpunt, waarbij het dak moet refereren aan de vroegere Zuiderzee (het bouwwerk staat in de polder).

Om bovenstaande reden moet er ter aller tijde water op het dak staan. In de zomer is de verdamping op te vangen met het oppompen van tapwater. De wintersituatie geeft problemen. Om schade aan het dak te voorkomen wil ik niet dat deze laag water bevriest.

Het gaat om een dakoppervlak van 1080m2, met maximaal 120mm water. Totaal 129,6 kuub dus. Met cijfers van het KNMI heb ik de minimale temperatuur vastgesteld op -22,9 graden (4 februari 2012).

De daling van het vriespunt heb ik willen bereiken door het toevoegen van zout (bruggetje naar zuiderzee). Ik heb gerekend met een molaire vriespuntsdaling van 1,86 kg.K/mol en een molmassa van 116,88 (NaCl geeft 2 ionen, klopt dit?).

Vervolgens is de formule: 22,9 = 1,86 * m * 2 (van 't hoff-factor). Dit geeft een molariteit van 6,156. Gecombineerd met een massa van 129.600 kg voor water kom ik op een n-waarde van 797.806 mol. Teruggerekend naar kg kom ik op basis van 58,44 g/mol op 46.623,8 kg zout.

Nu mijn vraag, is deze berekening correct? Want in dat geval kan ik geen NaCl toepassen als vriespuntsverdalend element. Zo ja, hebben jullie nog (natuurlijke) alternatieven? Ik neem aan dat ik geen alcohol of glycol kan toepassen in een natuurgebied.

Graag hoor ik jullie mening,

Groeten, Jochem

Typhoner

jmigchelbrink schreef: ↑do 24 jan 2013, 17:31
Vervolgens is de formule: 22,9 = 1,86 * m * 2 (van 't hoff-factor). Dit geeft een molariteit van 6,156. Gecombineerd met een massa van 129.600 kg voor water kom ik op een n-waarde van 797.806 mol. Teruggerekend naar kg kom ik op basis van 58,44 g/mol op 46.623,8 kg zout.

het is trouwens molaliteit in dit geval, inderdaad aantal mol opgeloste stof / kg oplosmiddel. Verder zou ik willen opmerken dat de gegeven formule benaderend is en bedoeld voor kleinere concentraties - het globale beeld zal denk ik nog wel kloppen.

Kan je dat water niet "simuleren" door iets anders of zo? Een glasplaat of iets dergelijks

Jan van de Velde

volgens dit rekenvoorbeeld:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Vriespunts ... oorbeeld_2

ga je bij strenge vorst om en nabij 22/3,72 = 6 mol keukenzout moeten oplossen in elke kg water op dat dak.

dat is om en nabij 350 g in 1 kg water, en daarmee inderdaad ongeveer 46 ton zout op die 130 ton dakwater.

Als je je vragen stelt over wat te doen met glycol in een natuurgebied, kun je je ook afvragen waar je na elke vorstperiode met 150 ton met zout verzadigd water gaat blijven.

Bij die concentratie zit je verder zeer dicht in de buurt van de maximale oplosbaarheid van NaCl in water bij 0°C

http://www.sciencegeek.net/Chemistry/ta ... bility.htm

en dus zeer waarschijnlijk dik óver de oplosbaarbeid bij -22°C.

jmigchelbrink

Bedankt voor de reacties! Ik was inderdaad op hoogte van de lagere van 't hoff factor bij grotere concentraties (1,87 dacht ik?). Maar in mijn geval pakt dat voor de molaliteit alleen maar negatief uit.

Het water op het dak zal eventueel gebruikt moeten worden voor een grijswatersysteem waarmee bijvoorbeeld toiletten doorgespoeld kunnen worden. De mogelijkheid hiervoor in combinatie met de zouten op het dak heb ik nog niet onderzocht.

Dat ik dicht bij het verzadigingspunt zat wist ik. Inderdaad zal dat met lagere temperaturen alleen maar kritieker worden. Dat was eventueel nog op te vangen met het (licht) verwarmen van het dak, of het in beweging houden van het water om bevriezing te voorkomen. Maar dat het om zulke grote massa's zout ging had ik niet verwacht.

De mogelijkheid om propyleenglycol toe te passen helpt volgens mij ook niet. De molmassa is daar nog hoger dan bij NaCl, dus het gaat daar om nog grotere hoeveelheden. Of heb je dan winst in de van 't hoff-factor, doordat C₃H₈O₂meer ionen bevat?

jmigchelbrink

En is het toepassen van calciumchloride een alternatief? Dit zou bij oplossing in water splitsen in Ca2+ en 2x Cl-, en dus een van 't hoff factor van 2,32 hebben. Daarmee kom ik op ongeveer 66 ton, wat dichter bij de maximaal oplosbare hoeveelheid bij 0 graden ligt.

Echtepino

Ik denk dat het veel praktischer is om de boel in de winter te laten bevriezen op een wijze die geen schade toebrengt aan het dak. Lijkt mij poepsimpel.

jmigchelbrink

Klopt, dat is het ook. Helaas wil de architect de referentie aan de vroegere Zuiderzee behouden. Het dak ligt exact op het peilniveau van de vroegere zee, voordat het gebied werd ingepolderd. En aangezien deze zee in de winter ook niet bevroor (niet volledig althans) is dat in dit geval ook niet de bedoeling.

Ik heb overigens wat onderzoek gedaan naar bevriezing van water, en dit blijkt nog wel wat uitgebreider dan ik dacht. Het pand ligt in windgebied 2, wat de groei van ijs verminderd. Ook verliest het bouwwerk warmte door transmissieverliezen door het dak, in totaal 4,22 kW. Dat verwarmt het water een klein beetje. Daarnaast kost het flink wat nachten vorst om het gehele dak te laten bevriezen, zelfs zonder zout.

Heb er alleen nog niet echt de vinger op kunnen leggen wat nou een redelijke vriespuntsdaling zou zijn.

Jan van de Velde

Je had het over "tapwater". Wat mag ik mij daarbij voorstellen?

Ik neem aan dat er een behoorlijke (grondwater?)pompinstallatie komt te liggen om door het jaar heen de verdamping aan te vullen, en überhaupt het water regelmatig behoorlijk te verversen (je wilt ook geen algensoep op dat dak neem ik aan). Als je die aanvoer een beetje overbemeet en handig aanlegt (dwz daar waar ijsvorming schade zou kunnen doen) zou je die temperatuurafhankelijk harder kunnen laten lopen. Grondwater heeft een betrekkelijk constante temperatuur van om en nabij de 10°C. 's Zomers kan diezelfde installatie meehelpen het gebouw te koelen.

Fuzzwood

Een beetje stroming in het water belet het vriezen ook, nog meer zuiderzeereferentie aangezien die ook niet stil lag.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[scheikunde] Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak

Re: Cryoscopie (vriespuntsdaling) van waterdak