Springen naar inhoud

[Mechanica] "ontploffingskracht" bij bevriezing


  • Log in om te kunnen reageren

#1

jiser

    jiser


  • 0 - 25 berichten
  • 1 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 augustus 2006 - 20:23

Hoi,

Ik zat laatst te denken. Dat water uitzet bij bevriezing is iets als dat B na A komt. Echter, zit hier ook een maximale kracht achter? Als ik bijvoorbeeld een dikke stalen buis helemaal vol met water doe en hem luchtvrij dichtlas en hem in m'n vriezer doe. Wat gebeurt er dan?

Thanks

Michael

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

#2

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24051 berichten
  • VIP

Geplaatst op 20 augustus 2006 - 22:22

Het water zal willen uitzetten en een kracht uitoefenen op de wand van de stalen buis.
Hoe sterk dit is en of er (merkbare) gevolgen zijn hangt wellicht af van de verhoudingen (hoeveelheid water, dikte buis, ...)
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#3

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44871 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 20 augustus 2006 - 22:44

Bevestiging van TD!'s bericht:
Hoe sterk dit is en of er (merkbare) gevolgen zijn hangt welzeker af van de verhoudingen (hoeveelheid water, dikte buis, ...)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#4

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24051 berichten
  • VIP

Geplaatst op 20 augustus 2006 - 22:50

Bevestiging van TD!'s bericht:
Hoe sterk dit is en of er (merkbare) gevolgen zijn hangt welzeker af van de verhoudingen (hoeveelheid water, dikte buis, ...)

Ik dacht het maar voorzichtig te formuleren, maar bedankt voor de bevestiging :)
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#5

Dirk B

    Dirk B


  • >100 berichten
  • 132 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 augustus 2006 - 23:07

Bij metalen kun je met de wet van Hooke de kracht uitrekenen waarmee een bepaalde uitzetting gepaard gaat, zolang je maar in het elasttische gebied blijft.
Nu weet ik van water niet of dat ook een elastisch gebied heeft bij het vriespunt en of er een eventuele uitzettingscoefficient en een E-modulus van te vinden is.
Bij een koperen waterleiding schuift bij bevriezing veelal de soldeermof los of er komt een scheur in de buis, koper bij deze dikte kan de druk in elk geval niet werstaan.

#6

wombat

    wombat


  • >250 berichten
  • 582 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 21 augustus 2006 - 19:49

De kracht die het ijs uitoefend op zijn omgeving is enorm.
Ik kan er helaas geen cijfers bij zetten.
Het bevriezende water/ijs kan rotsen splijten, en ook dikke metalen leidingen laten barsten.
Het eerste wiel was echt niet rond

#7

bats

    bats


  • >250 berichten
  • 411 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 augustus 2006 - 00:30

Hoi,

Ik zat laatst te denken. Dat water uitzet bij bevriezing is iets als dat B na A komt. Echter, zit hier ook een maximale kracht achter? Als ik bijvoorbeeld een dikke stalen buis helemaal vol met water doe en hem luchtvrij dichtlas en hem in m'n vriezer doe. Wat gebeurt er dan?

Thanks

Michael


Dit is een hele interessante vraag. Deze vraag is ook al eens eerder gesteld bij het kapot vriezen van een stalen buis. Maar al met al een interessante vraag.
1. Er zit zeker een maximale kracht achter bij bevriezend water, deze bedraagt zo'n 2.100 bar (kg/cm2) bij een temperatuur van -22*C.
2. Bij de dikke stalen buis die jij bedoelt hang het er vanaf hoe dik de wand is, wat de binnendiameter is en van wat voor soort staal het is gemaakt.
Zou de buis zijn gemaakt van gewoon staal dan zal je daar een dikkere wand in verhouding tot de binnendiameter nodig moeten hebben dan wanneer je een buis gebruikt die van een heel sterk soort staal is gemaakt.

Laat ik maar een paar voorbeelden nemen. Bijv. ik neem een buis die van gewoon, normaal staal is gemaakt. En ik zou voor gemak een verwarmingbuisje nemen. En stel dat de dikte van de buis laten we zeggen 20mm is, dit is de uitwendige diameter. En de binnendiameter is 15mm (stel dat), dan is de wanddikte automatisch 2,5mm. En ook maar uitgaand dat de buis overal even dik is, geen roestplekken in zitten, enz.
En de treksterkte is zo'n 370N/mm2.
Dan is de maximale druk die zo'n buisje aan kan (2 x 370N/mm2 x 2,5mm)/2 x 15mm. Hieruit volgt dat de max. druk dus 61,67N/mm2 dat is ongeveer 629bar. Dus deze buis zal als het in jouw vriezer -22*C is, zeker kapot vriezen. Om een buis van hetzelfde materiaal te hebben die een druk van 2100bar aan kan zou je of een buis met een relatief dikkere wand moeten hebben of een andere staalsoort. Als ik nou een buis gebruik van hetzelfde materiaal en met dezelfde binnendiameter moet ik toch een wand van minimaal 8,35mm dik zijn, de verhouding wanddikte/binnendiameter is 0,556, dus als de wand een dikte heeft die> 55,6% is als die van de binnendiameter, dan vriest die niet kapot. In dat geval zou de wand sterk genoeg moeten zijn om de kracht van het bevriezend water tegen te kunnen houden. En gebruik je nu een buis gemaakt van een hoogwaardige staalsoort die een treksterkte heeft van meer dan 1.000N/mm2, dan hoeft de wand maar 3,1mm dik te zijn, bij gelijke binnendiameter, hierbij hoeft de wand maar een dikte te hebben die>20,7% is als van de binnendiameter.
En voor grotere binnendiameters geldt vanzelf ook weer een dikkere wand. Je kunt zo uitrekenen hoe dik de wand moet zijn als de binnendiameter bijv. 50mm is bij gewoon staal. Dat is dus 55,6% x 50mm= 27,8mm.
Wat je dan krijgt in de buis als die niet kapot vriest is dat het water gewoon vloeibaar blijft, het bevriest niet, todat de temperatuur van het water in de buis is gedaalt tot -22*C, dan gaat het water over in de vaste fase, dus dan pas bevriest het. Bij deze temperatuur worden dan ook de hoogste drukken opgewekt, en is de kracht dus maximaal, letwel bij deze methode. Bij nog lagere temperaturen, zal de druk juist weer dalen, omdat bij lagere temperaturen ook het ijs gaat krimpen.
Er onstaat in de buis een soort ijs waarbij het rooster is samengedrukt, dit heet ijsvorm 3, een van de 11 toestanden waarin waterijs in voor komt.
Zie ook http://www.lsbu.ac.u...mages/phase.gif

Even een waarschuwing: Als je van plan bent om een stalenbuis kapot te laten vriezen in de vriezer, gebruik dan dunne buizen. Geen grote, of dikke buizen. Het gevolg is dat als de buis in de vriezer kapot barst, dat dat met zoveel kracht gepaard gaat, dat de vriezer van binnen beschadigd raakt. De vriezer kan zelf bij een grote buis als die barst, waarbij de totale kracht weer veel groter is total-loss raken. En met total-loss bedoel ik dan ook echt total-loss, waarbij de vriezer echt afgeschreven is. Dus kijk uit!





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures