Springen naar inhoud

5x zo snelle uitstroom betekent niet dat 5x zoveel uit het vat gaat


  • Log in om te kunnen reageren

#1

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 04 augustus 2014 - 19:43

Bij het maken van spreadsheet om drukverlies in een band te bepalen , gebruik ik dat zuurstof 5 x zo snel door het rubber diffuseert dan stikstof.

Als dan de stapjes zeer klein zijn is het waar dat er ook vrijwel 5 x zoveel uit de band lekt.

Maar op de lange duur is dit niet zo.

In de eerste versies gaf ik die diffusie-faktor aan en gebruikte die ook voor het verlies, maar in de laatste versies reken ik met wat er overblijft.

Dus zet je de stappen op 1% verlies van stikstof, dan is iedere stap even lang .

Hier bijgevoegd de laatste versie om mee te spelen en te zien wat er gebeurt.

Daarin vulling van de lege band met 1 bar druk= buitendruk , die niet verandert. Daar bovenop 100% vulling van Stikstof , Zuurstof, en Argon.

Punt is als de eerste procent er uit is , dat dan de difussie uitstroom  al kleiner wordt omdat er 1% minder druk achter staat.

 

Dit is mogelijk makkelijker te begrijpen als we stellen een recht opstaand vat van 10000 liter met een uitstroom opening die 100 liter per minuut bij volledige vulling uit het vat gaat.

Een zelfde vat heeft in begin uitstroomsnelheid van 500 liter door een groter gat,

Is het vat half leeg dan nog maar 50 liter/m en 250 liter per minuut

 

Als het eerste vat  20%  leeg is , hoeveel liter zit er dan nog in het 2e vat.

 

 

Dan zo rekenen:   100L is 1% van 10000L dus na eerste minuut nog 99% over.

Dan 0,99 tot de macht hoeveel is 0,80  dus 20% er uit.

Bij de 500L/Min dus 0,95 tot die zelfde macht is wat er overblijft , min hele vat is wat er uit gegaan is.

 

en eigenlijk betekent 500 l /m ten opzichte van 100L/m dat  bij de grote uitstroom openening er 100 liter in 1/5 e minuut uitloopt en de volgend e 12 seconden al minder . dan 0,99^5=0,95099 dus -1 = -0,049001 niet 5 x zo veel maar 4,9 x zo veel.

 

Door uitproberen berekent dat 0,99^22 a 23  is 80% dus 20 % uit het vat. Dit zou ik graag in een berekening kunnen doen.

Dan de grotere uitstroom 0,95099^22 a 23 geeft 0,331 tot 0,314 dus dan bij de grote uitstroom opening 66,9 a 68,6% uit het vat .

Dat is afgerond 67,5%/20% =3,37x zoveel en dus geen 5X zo veel.

 

Het enige dat me nog niet lekker zit is dat ik die macht door uitproberen moet benaderen en niet met een knopje kan doen.

 

 

 

 

 

 

 

Bijgevoegde Bestanden


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 11:58

Ik weet niet in hoeverre je bekend bent met de rekenregels voor logaritmes en machten, en met differentiaalvergelijkingen, maar uitproberen is in ieder geval niet nodig.

 

Voor het ene vat (1) geldt dV/dt = - k1 * V (k1 = 0.01 min-1)

Voor het andere (2) geldt dV/dt = - k2 * V (k2 = 0.05 min-1)

 

Waarbij dV/dt de verandering van het volume per tijdseenheid is (dus de uitstroomsnelheid op tijdstip t)

 

Even omrekenen levert dat V1 = V1t=0 * e-k1*t

En V2 = V2t=0 * e-k2*t

 

Kun je ook schrijven als V1 / V1 t=0 = e-k1*t

 

of als

 

ln (V1/V1t=0) = -k1 * t

 

Idem voor V2

 

V2 / V2t=0 = e-k2*t

 

Jij bent op zoek naar de vulling van V2 als je die van V1 kent. Met de blauwe vergelijking kun je dat tijdstip eenvoudig uitrekenen. Als er 20% uit het vat verdwenen is, is V1 / V1t=0 gelijk aan 0.8. De natuurlijke logaritme daarvan (ln) is gelijk aan -0.223

 

Dus, -k1 * t = -0.223; k1 = 0.01 dus t= 22.3 min

 

Vul je dat in in de rode vergelijking, dan staat daar:

 

V2 / V2t=0 = e-k2*t = e-0.05*223 = 0.328. Er is dus ruim 67% verdwenen uit dat vat.

 

 

Je kunt dit wiskundig nog wat handiger doen, en dan tot de conclusie komen dat geldt

 

V2 / V2t=0 = (V1 / V1t=0)k2/k1

 

Dus als je de vulling van de ene tank kent, dan doe je die tot de macht 5 (=k2/k1) en dan heb je de vulling van de tweede tank. 

 

 

Hoe dan ook: het is onzin om extra geld uit te geven aan het vullen van een band met stikstof.

Veranderd door Marko, 05 augustus 2014 - 12:02

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#3

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 13:02

Over de formulering: per seconde verlies je denk ik niet een vaste fractie, 1% stikstofverlies duurt niet altijd even lang. Als ik het goed heb verlies je een fractie die evenredig is met het verschil tussen de partiële druk binnen de band en buiten de band (Flicks law: diffusie evenredig met de concentratiegradiënt). Dat betekent dat de partiële stikstofdruk binnen de band exponentieel nadert tot die van de buitenlucht en dat uiteindelijk bijna al het argon de band zal uitstromen want er zit nauwelijks argon in de buitenlucht. Als bijvoorbeeld de partiële stikstofdruk binnen en buiten de band hetzelfde is, de diffusie naar binnen en naar buiten in evenwicht want de concentraties zijn gelijk.

 

In evenwicht heeft het gas in de band dezelfde samenstelling en dezelfde druk als de buitenlucht.

 

Verder is dit geen probleem met twee vaten maar met een vat (de band) en een oneindig reservoir (de buitenlucht). De wiskundige formulering is dan wat eenvoudiger omdat je geen rekening hoeft te houden met veranderende concentraties in het oneindige reservoir.

 

De algemene oplossing voor je probleem volgt uit een differentiaalvergelijking zoals Marco hierboven uitlegt maar ik vraag me af of de vorm die hij geeft klopt voor dit probleem. Als p0 de partiële druk van het gas in de buitenlucht is en p de partiële druk in de band, zou ik iets verwachten dat lijkt op:

 

dp/dt = -k(p-p0)

m.a.w. de uitstroom is evenredig met de (partiële) overdruk.

 

Dit geldt voor een min of meer ideaal gas waar de diffusie van bijvoorbeeld N2 niet afhangt van de druk van de andere gassen. Vermoedelijk is dit voor niet ideale gassen niet correct. In een ideaal gas heb je geen interactie tussen de gasdeeltjes, zeker bij hoge druk is dit niet het geval.

 

Nu ik er over nadenk: het is dus denkbaar dat als Argon zeer slecht diffundeert en stikstof veel beter, de druk in een band die is opgepompt met Argon toeneemt. Dat is denk ik ongeveer hetzelfde idee als de overdruk in een cel door osmose. Hoe zit dit met behoud van energie? Er zijn vast mensen die denken dat ze hiermee een perpetuüm, mobile kunnen bouwen: je laat alleen het stikstof de band uit stromen en daarbij komt een beetje energie vrij.

 

Een exponent bij een vast % afname per tijdseenheid (de vraag is of deze aanname klopt) bereken je als volgt:

 

Afname per seconde a=0,01=1%, er blijft na één seconde dus 1-a = 0,99=99% over.

Na t seconde blijft er: 

 

N(t) = N0 0,99t over. Als dit 80% van de beginhoeveelheid is, dan is 0,8 = 0,99t

Dit is op te lossen met logaritmes: log(0,8)=log(0,99t) -> log(0,8)=t.log(0,99) -> t = log(0,8)/log(0,99)=22.2

 

algemene formule: t=log(N(t)/N0)/log(1-a)

(voor a vul je natuurlijk 0,99 in)

 

 

ps:

dp/dt = -k(p-p0) kun je bij verschillende gassen met verschillende diffusiesnelheid k schrijven als:

 

dpg/dt = -kg(pg-p0g)

De index g geeft aan welk gas.

 

Deze kun je in de ideale gas benadering bepalen voor elk gas apart. Door optelling volgt de druk binnen de band.

Veranderd door Anton_v_U, 05 augustus 2014 - 13:15


#4

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 14:02

@Anton: De gegeven formulering is op zeker niet de juiste, maar daar ging het ook niet om. De eerste stap is inzichtelijk maken hoe de door de TS in Excel gedane berekeningen in een eenvoudige vergelijking gegoten kunnen worden. Wanneer dat duidelijk is kunnen er zaken aan worden toegevoegd.

 

Diffusie van gassen door een membraan (c.q. autoband) laat zich niet altijd gemakkelijk beschrijven, maar met de wet van Fick (zonder l) heb je inderdaad een bruikbare benadering. Daarbij geldt overigens: Als p0 een constante is kun je in plaats van dp/dt ook schrijven d(p-p0)/dt waardoor je uiteindelijk op dezelfde vorm uitkomt als gegeven, maar dat terzijde.

 

Je opmerking over het verdwijnen van argon kan ik niet helemaal plaatsen. Achtergrond van deze vraag is volgens mij dat de band wordt gevuld met lucht onder een bepaalde druk; de samenstelling van lucht wordt benaderd als stikstof + zuurstof + argon. En dat vervolgens de vraag is hoe deze band leegloopt.

 

De vraag is dan volgens mij ook niet zozeer wat er precies met argon zou gebeuren. Inderdaad is het wel zo dat de totaaldruk in een band tijdelijk zou kunnen toenemen, onder de voorwaarde dat argon zeer langzaam diffundeert en stikstof of zuurstof sneller. In de praktijk is dat overigens niet zo, de diffusiecoëfficiënt van argon is zelfs een beetje groter dan die van stikstof.

 

Wat dan weer wel zo is: Als je een band vult met 100% stikstof kan het zijn dat de totale druk in de band tijdelijk iets toeneemt omdat de diffusie van zuurstof naar binnen groter is dan de diffusie van stikstof naar buiten. Dit onder de voorwaarde dat de overdruk niet te groot is. Gaan we uit van 20% zuurstof in buitenlucht van 1 bar, dan wordt de initiële diffusie van zuurstof veroorzaakt door een partieel drukverschil van 200 mbar. Nemen we de ratio 1:5 aan die jadatis noemde, dan is de diffusie van stikstof naar buiten toe hieraan gelijk wanneer het drukverschil gelijk is aan 1 bar. De partieeldruk van stikstof is 800 mbar, dus de totale druk van de band is dan 1.8 bar. Bij een hogere begindruk in de band zal er geen toename zijn.

 

Ik zou me over het niet-ideaal zijn van de gassen geen zorgen maken. De drukken waar het hier over gaat zijn niet zo hoog, en tussen de genoemde stoffen komen maar weinig interacties voor.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#5

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 17:36

Het ging toch over diffusie door een band? Dan lijkt het me relevant dat het model niet klopt voor deze situatie. Het is niet zo de moeite waard om een incorrect model te analyseren.

 

 

Wat dan weer wel zo is: Als je een band vult met 100% stikstof kan het zijn dat de totale druk in de band tijdelijk iets toeneemt omdat de diffusie van zuurstof naar binnen groter is dan de diffusie van stikstof naar buiten. Dit onder de voorwaarde dat de overdruk niet te groot is.

 

Komt op hetzelfde neer als te zeggen dat de ideale gas benadering niet opgaat bij grote overdruk in de band. .Als overdruk invloed heeft op het diffusieproces, is er dus merkbare interactie tussen verschillende soorten gasmoleculen.


#6

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 18:35

Het ging toch over diffusie door een band? Dan lijkt het me relevant dat het model niet klopt voor deze situatie. Het is niet zo de moeite waard om een incorrect model te analyseren.

 

Je kunt prima in stapjes tot een correct model komen, en gezien de openingspost is er bij de topicstarter wel wat behoefte aan die stapjes.

 

Komt op hetzelfde neer als te zeggen dat de ideale gas benadering niet opgaat bij grote overdruk in de band. .Als overdruk invloed heeft op het diffusieproces, is er dus merkbare interactie tussen verschillende soorten gasmoleculen.

 

Maar de overdruk heeft hoegenaamd geen invloed op het diffusieproces. Omgekeerd wel: de diffusieprocessen hebben effect op de totaaldruk binnenin het systeem. Hoe dat effect precies uitpakt hangt af van je begintoestand. Maar dat zegt niets over ideaal zijn of niet, en wat ik beschrijf wordt niet veroorzaakt door een interactie tussen de verschillende soorten moleculen. Die interactie komt in de hele wiskundige beschrijving niet eens voor.

 

Dat is ook helemaal nergens voor nodig. Onder de gegeven omstandigheden voldoet de algemene gaswet prima, en moleculair gezien is er ook geen enkele reden waarom de aanwezigheid van een van de componenten invloed heeft op het diffusiegedrag van een van de andere.

 

KISS

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#7

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 05 augustus 2014 - 20:59

Uit die berekening hoeveel er uit het 2e vat gaat kom ik wel uit dus tot de macht 5 blijft er over als de difussiesnelheid 5x zo snel is( weer even terug naar de band). Maar dat andersom de snelheidsfactor berekenen uit het volume verschil tussen beide vaten ( gassen) zou ik in een stap willen weten. Maar dat wordt dus in eerste reactie al beschreven, moet ik even verwerken, want ben nou ook weer geen wiskunde-professor.

 

De aannames die ik doe in het spreadsheet zijn volgende.

Je zou kunnen rekenen met constant in voor ieder gas en aflopend naar buiten toe, maar ik doe  Pp in - Pp uit voor ieder gas.

Als dan Pp in kleiner is dan Pp uit , dan gaat er dus het gas naar binnen diffuseren per saldo.

Die berekening doe ik los per gas en tel de overgebleven drukken bij elkaar op.

Als de Pp verschil 2x zo hoog is is de hoeveelheid gas dat uit de band gaat ook 2x zo hoog.

De wet van Dalton  zegt dat de gassen zich gedragen als ware het het enige gas in de ruimte.

Dus de samenstelling van de buitenlucht kun je ook opgeven, maar aangenomen dat de buitenluchtdruk gelijk blijft, wat ie niet doet maar zal niet veel variëren.

Ook zou je de metingen die je doet aan de band terug moeten rekenen naar een vaste temperatuur, ik stel dat op 18 gr C omdat meer bij banden daar naar terug gerekent wordt.

Mogelijk is de diffusiesnelheid ook nog afhankelijk van de temperatuur , maar ook die weer op gelijk gesteld.

Uitzetten van de band kun je bovenaan ook opgeven en stel ik op een percentage over van nul overdruk naar de referentiedruk van de band, met een kromme die je op kunt geven met een macht onder de 1.

Dat betekent dat in het eerste stuk meer uitzetting dan op het einde bij de hogere drukken.

Die uitzetting , zo heb ik beredeneerd zou geen invloed hebben op het drukverlies.

De lengte van de tijdseenheden stel ik op even lang , maar die tijdsduur moet door meten van de drukverliezen na een bepaalde tijd bepaald worden hoelang 1 tijdseenheid is.

 

Iemand schreef dat argon sneller difuseert dan stikstof. Kun je die snelheid geven dan tov stikstof , en als je die weet dan ook maar die van zuurstof , en helium, en andere belangrijke gassen.

Ik ging er vanuit dat Argon , maar ook zelfs Helium, ondanks kleiner molekuul, maar omdat ze edelgassen zijn , minder snel diffuseren dan stikstof. Volgens mij is de diffusiesnelheid gerelateerd aan de reactiviteit van een stof.

 

Hoe zit het trouwens met water , diffusiesnelheid door rubber als gas en als vloeistof.

 

Ik zal alles nog eens doorlezen want was opeens wel een heel verhaal.

volgens mij is de 

Veranderd door jadatis, 05 augustus 2014 - 21:09


#8

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 augustus 2014 - 10:00

Na een nachtje slapen , vooral de eerste reactie van Marko nog eens uitgespit, en dat is de oplossing om de macht te bepalen die gebruikt is , die hier gelijk is aan de diffusie-factor.

En dat is net wat ik wilde weten.

Doe nu dus in het voorbeeld  Log(vol rest 2/begin vollume)/log ( vol-rest 1/begin vullume) = gebruikte macht. ( dus difusie-factor).

In dit voorbeeld Log (0,328)/log(0,8)= 5  

Die volume-rest wordt dan gemeten aan de band en ingevoerd in de formules om de diffusie-factor te bepalen, want die is ook niet zeker.

Daar wordt door de stikstof lobby ook maar wat gegeven in de trend van "is 2 a 3 keer , ronden we af op 4 ,zeg 5).

 

een test bedacht om deze diffusie-factor te bepalen voor diverse gassen.

Daarvoor 4 oude maar niet lekkende zelfde merk en type en afmeting banden op zelfde velgen op de sloop versieren.

Deze eerst de zelfde partiële drukken geven als de buitenlucht bij 0 bar overdruk, door eerst leeg laten lopen tot nul bar , dan vullen met gewone buitenlucht tot maximum toelaatbaar, weer leeg laten lopen tot nul, en dat evt in meerdere cicli.

Dan gaat er van die gassen net zoveel in als uit dus die basis-samenstelling verandert niet.

Dan de banden vullen met  100% van de gassen waar je de diffusiefactor van wilt bepalen , O2, N2 Ar,He, met zo hoog mogelijke druk ,om de kleine verstoring van de basisvulling door uitzetting van de band zo klein mogelijk te houden.

Dan bij start en elke maand de 4 banden de druk bepalen, en terug rekenen naar 18gr Celcius en 1013 milibar buitendruk.

Drukverlies is dan enkel door het gas waar mee op druk gebracht is.

Ik denk dat je dan voor de berekening  Po buitendruk moet stellen op nul bar ,want deze vulling komt boven op de basis vulling die niet verandert.  Is het afvulgas een van de gassen die ook in de basisvulling zitten, is dat niet erg, je kunt de totaalhoeveelheid van dat gas in de band opsplitsen in het deel van de basisvulling en wat daar bovenop komt.

 

Je laatste opmerking Marko over stikstof vulling deel ik ook, en dat is ook de reden van mijn spreadsheet.

Ik wilde namellijk een artikel schrijven waarin ik de marketing argumenten van stikstof-vulling eerst op een rijtje zet, en daarna stuk voor stuk ontkracht of relativeer. Dat N2 vulling minder drukverlies in de tijd geeft kan ik niet ontkrachten , maar met behulp van dit spreadsheet wel relativeren.

 

 

En ook is daar het vermoeden uit ontstaan dat diffussie verhouding niet afhangt van de molekuul-grootte maar van de mate waarin het molekuul reactief is .  Edel-gassen niet reactief dus lage diffusie-snelheid is mijn stelling, die bewezen moet worden door meting .

Ik ben contactlens-specialist ,en er zijn zachte lenzen met siliconen verbinding die veel meer zuurstof doorlaten dan de "ouderwetse zachte lenzen die het moeten hebben van het watergehalte in de lens".

Deze hebben zelfs een hogere diffusie snelheid als het materiaal dikker is, wat aantoont dat diffusie een ingewikkelder proces is dan kleine gaatjes in de wand, iets tussen natuurkundig en scheikundig in.

 

Maar nu ik dus de manier weet om de macht te bepalen , kan ik dat ook gebruiken om de macht te bepalen die de bandenfabrikant gebruikt heeft om de druk/draagvermogen lijsten te maken voor autobanden.

 

Hiervoor volgend spreadsheet met 4 tabs, met in tab 2 een beetje geschiedenis daarover . Gelijk alleen in Engels gedaan ( de steenkool-versie) omdat ik dit gebruik in mijn  discussie met een Amerikaans IR J.C.Daws, waarvan ik een artikel vond over een alternatieve manier van bereken, en vergelijk  met de conventionele formule van de banden-fabrikanten, die verschillende macht gebruikt in Europa en Amerika.

Nu ik dit weet hoef ik niet meer de meest voor de hand liggende machten uit te proberen , maar kan gelijk de macht bepalen met de log-methode.

Door mijn bandendruk-bemoeienissen ben ik vertrouwd geraakt met machts-berekeningen.

 

Bedenk me na lezen van alle reacties, waarvoor dank , want lost alle vragen dus op, dat voor hogere druk eigenlijk hetzelde geldt als die difussie-factor.

Als by 1 bar Partiële overdruk van een gas,  1% naar buiten gaat dus 99% overblijft, zal bij 5 bar Pp overdruk in die zelfde tijd 0,99^5 overblijven.  Kan ik nog aanpassen in de formule van het spreadsheet, dat dan bijvoorbeeld met macht 4,98765 gewerkt wordt is niet erg , kan excell wel mee overweg.

Dit is niet zo belangrijk  voor zoals het spreadsheet meest gebruikt wordt ,dus alle 3 de mogelijkheden de zelfde begin druk.

Maar als later dit ook gebruikt wordt om verschillende vuldrukken te vergelijken in de grafiek die onderaan aan te klikken is, dan komen de tijdstappen niet overeen.

Als de stappen maar klein genoeg gemaakt worden in het spreadsheet , tellen al deze correcties niet zo zwaar , maak ik in plaats van 100 stappen er gewoon 1000 van om toch groot genoeg bereik te krijgen.

 

Maar door hier mee bezig te zijn , kom ik nu toch al aardig tot een bereken methode.

Bijgevoegde Bestanden

Veranderd door jadatis, 06 augustus 2014 - 10:30


#9

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 augustus 2014 - 12:13

Je zit best een eind in de goede richting, maar wel een paar opmerkingen:

 

Zoals Anton al opmerkte wordt de diffusiesnelheid bepaald door het verschil in concentratie binnen en buiten de band. Deze concentratie hangt samen met de partieeldruk en de totaaldruk via de wet van Dalton die je al noemde.

 

Je kunt "p0" dus niet zomaar op 0 stellen, maar zult per gas moeten invullen wat deze is; voor N2 kun je hiervoor ongeveer 800 mbar nemen.

 

In principe zou je via de methode die je voorstelt inderdaad een schatting kunnen doen van de verhouding van de diffusiecoëfficiënten. Maar dan moet je wél rekening houden met de diffusie van gassen de band in. Houd je een band gevuld met argon in lucht, dan zullen stikstof en zuurstof naar binnen diffunderen. De verandering van de druk in de band is dan dus geen maat voor het verdwijnen van argon. Je bepaalt op die manier dus ook niet de diffusiecoëfficiënt (D) van argon, maar enkel de leegloopsnelheid.

 

Wil je echt op zoek naar D, dan zul je een met argon gevuld band in een ruimte moeten brengen waar enkel argon aanwezig is, met een gekende druk. Hetzelfde voor stikstof en zuurstof. Wat betreft dat laatste zou ik niet aanraden om dat in de praktijk te gaan doen, een hoop pure zuurstof bij elkaar, en dan ook nog onder wat druk, is vragen om problemen.

 

Maar je hoeft de D's helemaal niet te bepalen, dat is al gedaan, en de waarde van 3 klopt wel ongeveer. Zie bijvoorbeeld hier:

http://www.sciencedi...03238619800528X

 

Wat je natuurlijk wel kunt doen is die banden vullen met stikstof en met gewone lucht, en dan gewoon meten hoe snel de ene leegloopt ten opzichte van de ander. Dan heb je een meting waar geen spreadsheet tegenop kan.

 

Met betrekking tot diffusie: Het voornaamste effect is wel degelijk de grootte van een molecuul. Reactiviteit speelt niet direct een rol, wat wél speelt is de mogelijkheid van een molecuul om te binden aan het oppervlak van het materiaal waar doorheen wordt gediffundeerd. En die is voor zuurstof groter dan voor stikstof. Zuurstof kan dus binden aan het oppervlak, en over het oppervlak bewegen. Stikstof kan dat niet, of in ieder geval veel moeilijker.

 

Indirect heeft dit wel met reactiviteit te maken, maar bedenk wel dat deze gassen binden en weer loslaten zonder verder een reactie aan te gaan.

 

Maar je hebt zeker een punt als je stelt dat diffusie een ingewikkelder proces is dan "door een gaatje bewegen"

 

Voor wat betreft contactlenzen speelt het volgende: de zachte lenzen "die het moeten hebben van het watergehalte" bestaan uit poly(2-hydroxyethylmethacrylaat), een polymeer dat oplost in water en dan een gel vormt. Het materiaal wat dan ontstaat is elastisch en sterk genoeg om lenzen van te maken, maar bestaat voor een groot deel uit water. De oplosbaarheid van zuurstof in water is niet groot, en het transport van zuurstof door deze lenzen is dus ook niet zo groot. Lenzen van polysiloxaan ("siliconen") bestaan uit enkel dat polymeer, en bevatten dus geen water.

 

Het gaat daar dus niet om de reactiviteit van zuurstof, maar om de oplosbaarheid ervan.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#10

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 augustus 2014 - 13:13

Ik doe dat pO op nul stellen doe ik dus alleen voor de test .

Stel gas X wat niet voorkomt in de buitenlucht, maar mag wel .

Dan in 3 bar overdruk gevulde band gevulde band .

Pp O2 gelijk aan buitenlucht of zo dicht daarbij dat de invloed daarvan te verwaarlozen is.

Pp O2 dus 0,21 bar

Pp N2 = 0,79 bar

Pp Ar= 0,01 bar.

dit gedeelte is gelijk aan buitenlucht , en van die 1 bar Pp lucht diffuseert evenveel van buiten naar binnen als van binnen naar buiten.
Alles wat je daar bovenop in de band vult , dus 100% van gas X. is overdruk tov buitenlucht de overdruk van de band.

Dus zit er geen X in de buitenlucht dan  dan is Ppin-Ppuit  bij 3 bar overdruk   3 bar min 0 bar = 3 bar.

Vul je nu tot 3 bar bovenop de basisvulling met N2 dan splits je dat in het deel wat in de basis zit , dus 0,79 bar en wat bijgevuld is 100% N2 om op 3 bar te komen, dus Pp N2 wordt 3,79 bar.

Dan Ppin -Ppuit = 3,79-0,79 = 3 bar .  En dat is de reden waarom ik alleen voor de test voor het rekenwerk de buitenluchtdruk op 0 stel, maar alleen voor de test.

Op deze manier hoef je geen laboratorium opstelling te hebben , een kamertje achteraf en een thermometer en barometer en goed geeikte manometer om de druk in de banden steeds te meten.

 

Natuurlijk dan altijd wel wat verstoring doordat basisvulling net niet exact gelijk is aan de buitenlucht, en de luchtdruk en temperatuur in de tijd fluctueren. Maar dat is niet erg, als ik tussen 4 en 5 x  als uitkomst heb  en geen 9 a 10 x , kun je er al conclusies uit trekken. En ik denk dat de factor zelfs zo op 1 a 2 tiende nauwkeurig te bepalen is. Ook de vulling is geen 100% , maar zelfs 99% werkt voldoende omdat verontreiniging hoofdzakelijk met gassen van de buitenlucht zijn , die mogelijk zelfs de iets te lage Pp van de basisvulling tov buitensamenstelling( die ontstaat door uitzetting van de band ) wat compenseren.

 

Die link die je geeft kan ik niet het artikel uit halen, mogelijk omdat jij andere rechten heb op die site.

Ik zou graag lezen hoe die diffusie-factor bepaald is daar. Mogelijk ook gewoon door delen , en het machts-spelletje niet eens toegepast, wat dus wel dient gedaan te worden.

 

De water houdende contactlenzen worden droog gemaakt en daarna bevochtigd, en als ze opdrogen blijft vervormde lens over, dus lensmateriaal lost niet op in water, zoals ik begrijp dat je schrijft ( mogelijk verkeerd begrijp) .

Het droge siliconen materiaal laat zuurstof door en water zit er alleen in die lenzen om ze zachter op het oog te voelen.

Veranderd door jadatis, 06 augustus 2014 - 13:24


#11

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 augustus 2014 - 11:25

ik dacht , ach doe een gek en vergelijk 3 vullingen , die van gewone lucht , stikstof 100% en Argon 100% beginsituatie in de band.

Argon nog steeds gesteld op 0,1 diff-fact en zuurstof op 10 gezet , om de krommes lekker duidelijk te maken.

 

De hoogste lijn is van Argon vulling, de middelste van stikstof en de onderste van gewone lucht .

 

100%N2ARlucht.PNG

 

Ongeacht of deze diffusie-factoren juist  zijn zal bij argon vulling de druk nooit  meer dan de buiten-luchtdruk toe kunnen nemen, omdat dan verder de Pp van de gassen in de buitenlucht gelijk zijn aan die van de buitenlucht

En als zuurstof Pp gelijk is aan buitenlucht gaat bij stikstof-vulling 100% er verder geen zuurstof meer in of uit dus dan alleen nog maar stikstof uit de band in de tijd.

 

Dat artikel kan ik nog steeds niet benaderen ,jammer, maar gaat alleen over natuurlijk rubber.

 

Autobanden worden tegenwoordig soms zelf met siliconen toegevoegd, wat niet wil zeggen dat ze daarom net als contactlenzen juist meer zuurstof doorlaten, maar zou wel zo kunnen zijn.

 

om dat te onderzoeken zou je de test dubbel uit moeten voeren met 2 x 4 de zelfde banden op velgen, met verschil eerste 4 ouderwetse rubbersamenstelling en de tweede 4 met bijvoorbeeld de Michelin Energy savers , waarvan ik weet dat daar siliconen-verbindingen in zitten.

Want als je deze test doet , kun je de diffusie factoren bepalen en diffusie snelheid per gas, maar dat geld alleen voor die combinatie velg-band in die maten.

Een andere velg kan door dieper stuk meer volume geven aan de kamer in de band waardoor zelfde verlies in volume , minder druk verlies geeft.  

Andere maat band van zelfde rubber samenstelling heeft andere inhoud/oppervlak verhouding waardoor drukverandering in ander tempo verloopt.

De exacte samenstelling van de buitenlucht weten is niet belangrijk voor de test, die wordt door de manier van basis vulling geven vanzelf exact gelijk, en blijft ook gelijk tijdens de hele test .

Uitzetting van de band op 10% gesteld bovenaan in het spreadsheet , waar je de lege band of iets leeg gelopen band kunt ( bij) vullen met elke gas-samenstelling.  Van de Michelin ES eens gelezen dat die maar 8% uitzet, en aangenomen dat dat vollume toename is van de luchtinhoud, van de band , op velg komt daar nog wat vollume bij waardoor de gas-kamer gevormd door band en velg zelfs nog minder procenten uitzet.

Dus de uitzetting zal de meting niet noemenswaardig verstoren.

Veranderd door jadatis, 07 augustus 2014 - 12:03


#12

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 augustus 2014 - 21:41

Met betrekking tot de meting: Daar worden geen autobanden getest. Wat gemeten wordt is de diffusie, of liever gezegd, de permeatie door een membraan. In dit geval van natuurrubber, maar er zijn ook vergelijkbare onderzoeken voor synthetisch rubber of voor allerlei kunststoffen.

 

Aan de ene kant van het membraan heerst een constante overdruk, verkregen doordat men een groot voorraadvat heeft (gasfles) onder hoge druk, welke vervolgens gereguleerd wordt met een reduceerventiel. Aan de andere kant wordt de druk ook constant gehouden, bijvoorbeeld op 1 bar. Vervolgens meet men simpelweg de hoeveelheid gas die steeds door dat membraan is gekomen en kan zo de totale hoeveelheid bepalen.

 

De hoeveelheid die er doorheen stroomt is een maat voor de permeabiliteit, en daar is een speciale eenheid voor bedacht, de Barrer. Het blijkt zo te zijn dat die waarde voor O2 circa 3 keer groter is dan voor N2.

 

Omdat de drukken aan beide zijden steeds constant zijn heb je niets te maken met de berekening met machten - die komt pas om de hoek kijken als je de situatie van een autoband bekijkt, omdat diffusie daar tot verandering van de druk leidt.

 

Je kunt een dergelijke meting dus wel proberen over te doen met een autoband, en vervolgens met een of ander model terugrekeken wat dan de permeabiliteiten geweest zouden moeten zijn, maar het is een veel minder controleerbare en dus veel minder betrouwbare methode - terwijl de informatie als bekend is én je in die informatie in feite niet eens geïnteresseerd bent (je wil gewoon weten hoe snel een band leegloopt). Ik zou zeggen: een hoop moeite voor niets.

 

Ik begrijp nu min of meer waarom je de buitendruk op 0 stelt: Je aanname is dat je vat (band) gevuld is met lucht met dezelfde druk en samenstelling als de buitenlucht voor je begint met vullen. Je voegt een ander gas toe, en dit verandert niets aan de partieeldruk van de al aanwezige gassen. Op zich is dat wel een goede benadering, die strikt genomen natuurlijk alleen opgaat als de autoband helemaal niet uitzet door het vullen. In werkelijkheid zet deze wel uit, wat tot een lagere partieeldruk van de aanwezige gassen zal leiden - hoewel de uitzetting inderdaad niet veel is.

 

Maar de grafiek die je in je laatste bericht toont begrijp ik niet helemaal. Voor welke situatie geldt deze, en welke effecten heb je allemaal berekend? Je mag overigens aannemen dat de diffusiecoëfficiënt van argon tussen die van stikstof en zuurstof in ligt, dus laten we zeggen N2:Ar:O2 in de verhouding 1 : 2.5 : 5

Maar grotere getallen om het effect te overdrijven is op zich natuurlijk prima.

 

Met betrekking tot het "oplossen": Dat was slordig taalgebruik van mi, teveel chemisch jargon. Het materiaal lost niet op. De losse ketens van het polymeer zijn oplosbaar in water. In de lens zijn die losse ketens echter allemaal met elkaar verbonden. Het materiaal neemt dus wel graag water op (en zal een beetje opzwellen) maar zal niet uit elkaar vallen, zoals de term oplossen wellicht suggereerde.

 

De precieze samenstelling van de Michelin-banden ken ik niet, maar het komt mij vreemd voor dat men hiervoor siliconenrubber zou gebruiken. Wellicht verwar je "siliconen" met "silica" wat een veelgebruikt vulmiddel is in rubber. Dat laatste zit er 100% zeker in, maar heeft qua materiaaleigenschappen niets van doen met siliconenrubber. Hoe dan ook geldt dat dit voor de permeabiliteit van zuurstof geen verschil maakt: natuurrubber, en synthetisch rubber zoals siliconenrubber gedragen wat de verhouding N2/O2 betreft vergelijkbaar.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#13

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 augustus 2014 - 21:03

Maar hoe meten ze dan hoeveel er door het membraam heen gaat als de drukken aan beide zijden op een peil gehouden worden?

Zo'n reduceerventiel zal ook pas bij een bepaalde druk open en bij een iets andere druk weer dicht gaan.

Of meten ze het aan de hoeveelheid van het te meten gas dat door het reduceer-ventiel gaat.

Kortom , de nauwkeurigheid daarvan valt ook te betwijfelen.

Maar zal ook eens de diffusiefactoren zo invullen als je noemt dus N2 1, Ar 2,5, O2 5. Maar ergens scheef je ook O2 3 .

Dan zal het verschil nog kleiner zijn.


#14

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 11 augustus 2014 - 18:40

Ik heb nog wat ingevuld in mijn spreadsheet .

situatie 1 precies eerst bovenaan uitgerekent als 10% uitzetting van de band, 100% N2 vulling op lege band en die percentages ingevuld .

Situatie 2 zelfde berekening maar uitgaande van geen uitzetting van de band.

Situatie 2 100% N2 ingevuld en O2 en AR nul en buitenluchtdruk o bar dus ook geen van de 3 gassen in de buitenlucht.

Daar blijkt dat deze methode werkt , want tussen situatie 2 en 3 exact zelfde drukverlies .

Zelfs situatie 1 geeft maar enkele honderste verschil , waardoor deze berekening nauwkeurig werkt.

Spreadsheet bijgesloten.

 

Maar ook nieuw gemaakt spreadsheet om de macht te bepalen als je de 4 data weet van een formule die een macht gebruikt.

Ook weer bijgesloten met de formule voor diffusie-factor te bepalen met de letters die daar bij horen.

Bijlage  stikstof vulling op lege band.xls   330,5K   50 maal gedownloadBijlage  Powerdetermination.xls   233K   26 maal gedownload

Deze is gelijk meertalig met Nederlands en Engels

 

Zie trouwens bij teruglezen dat die log berekening van Anton van U kwam , terwijl ik in eerdere post Marco de credits daarvoor gaf.

Veranderd door jadatis, 11 augustus 2014 - 18:42


#15

jadatis

    jadatis


  • >250 berichten
  • 347 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 13 augustus 2014 - 13:16

Ik opperde dat drukverlies bij hogere druk mogelijk ook met een macht vergeleken moet worden.

Na dit alles overdacht te hebben kom ik toch tot  de conclusie dat zoals ik in spreadsheet werk met de tijdstappen waarin Pp overdruk van gas 1% afneemt , toch een op een te vergelijken is tussen de drukken.

Stel een overdruk van een gas 2 bar of 4 bar , dan begint drukverlies door begin 4 bar  en aan eind 4 bar -1%m waardoor in begin iets meer dan aan eind, dit met altijd een vaste curve, omdat zelfde percentage Pp overdrukdaling wordt gewerkt.  andere druk 2 bar -1%.

Dit heeft het zelfde effect als bij de genoemde wetenschappelijke test van zorgen voor een constante Pp overdruk.

Dus anders geschreven  1% drukverlies van 2 bar geeft precies de helft van  vollume verlies van dat gas als dat 4 bar 1% druk afneemt, en duurt daarom even lang omdat de druk er achter precies de helft is.

Veranderd door jadatis, 13 augustus 2014 - 15:37






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures