Springen naar inhoud

Evenwicht zuurstof en water


  • Log in om te kunnen reageren

#1

martijn1979

    martijn1979


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 november 2006 - 19:04

Heren en dames,

graag zou ik oplossingen, tips of reakties ontvangen over onderstaand vraagstuk:

Ik heb een (gesloten) systeem met daarin een constant volume van 110m3 water, waar een druk heerst van 0,5 bar absoluut. Het systeem wordt rondgepompt over koelers waarmee de temperatuur op 25 graden celsius wordt gehouden. De waterinhoud van dit systeem wordt geregeld door een aangesloten volumeregel-systeem. Op een bepaald moment wordt de afvoer uit het systeem vergroot naar bv 10 kg/sec terwijl de toevoer gelijk blijft op bv 5 kg/sec. Het water niveau in het systeem gaat dalen. Op een gegeven moment begint het O2-gehalte in het water te stijgen, waarschijnlijk als gevolg van luchtinlek. Na 1 uur is een O2-concentratie van 4 mg/l bereikt waarna deze stabiel blijft. Al deze tijd is de druk in het systeem constant gebleven op 0,5 bar absoluut.

Mijn vraag is nu of iemand weet hoeveel lucht er in het systeem is gelekt om tot de O2-concentratie van 4 mg/l in het water te komen??

Ik was een heel eind op weg tot ik me realiseerde dat de ingelekte lucht zich niet alleen in het water gaat bevinden, maar ook in de vrijgekomen ruimte erboven.

Voor de eenvoud heb ik verder onderstaande zaken aangenomen:

- Luchtdruk buiten het systeem is atmosferisch (1 bar).
- Voor de zuurstofstijging bevonden zich geen gassen in het water.
- De watertemperatuur was constant op zo'n 25 graden celsius.
- samenstelling lucht = 20% zuurstof en 80% stikstof.

Wanneer eventueel aanvullende info gewenst is kan dat geregeld worden.

Hopelijk kan iemand mij helpen hiermee.

Alvast bedankt.

Groeten van Martijn

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

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 03 november 2006 - 19:19

Er is 18 kuub lucht van 0,5 bar abs ingelekt, dat is dus 0,5 x 18 x 1,29 kg lucht.

is je gegeven zuurstofgehalte in m% of V%, of verwaarlozen we dat verschil ?

Wat je vooral mist zijn gegevens omtrent het evenwicht tussen atmosferisch zuurstof en opgeloste zuurstof bij 0,5 bar absoluut en 25įC.
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

#3

martijn1979

    martijn1979


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 november 2006 - 20:09

Jan,

ik mis even je gedachtengang waarmee je op die 18 m3 komt hoor. Kun je hier evt wat uitgebreider op ingaan?

Bij 0,5 bar absoluut kwam ik op partiele druk van 0,1 bar voor zuurstof. Hierbij was de oplosbaarheid van de zuurstof in water (25 gr) zo rond de 4 mg/kg. Dit kwam goed overeen met de gemeten stabiele waarde van 4mg/l na een bepaalde tijd.
Daarna kwam ik er inderdaad niet achter hoe de evenwichtsverdeling was tussen zuurstof in de lucht en het water, en liep vast.

O en samenstelling van lucht was in V%.

Hopelijk heb je wat meer uitleg voor me.

Groeten Martijn (ook uit zeeland trouwens)

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 03 november 2006 - 20:19

hoeveel liter haal je eruit per seconde?
hoeveel liter pomp je erin per seconde?
wat is dus na een uur dat volumeverschil?
de druk blijft constant, dus moet er voor het volumeverschil water een andere stof in de plaats komen. Dat zal lucht zijn.

20 V% zuurstof zal neerkomen op ongeveer 23% m% zuurstof zeker (natte vinger, maar dat is uit te rekenen)

Daarna kwam ik er inderdaad niet achter hoe de evenwichtsverdeling was tussen zuurstof in de lucht en het water, en liep vast.

Dan zul je alleen dat nog moeten opzoeken in ťťn of andere tabel.
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

#5

martijn1979

    martijn1979


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 november 2006 - 22:12

Je moet dus bij de toe-en afvoer uit het systeem puur met liters (of m3) werken en niet met kilogrammen en hebt helemaal niks aan de stabiele verkregen zuurstofconcentratie?

Is het trouwens mogelijk om tot de verdeling van zuurstof (uit de lucht) over de gas- en vloeistoffase te komen mbv enkele Henry-constantes? (stikstof en zuurstof) Hier was ik namelijk mee begonnen maar dat draaide op niets uit. Ook heb ik een aantal oplosbaarheidscoefficienten weten te vinden, maar kon ik weinig mee.

In de literatuur nog niks tegengekomen waarin duidelijk de verdeling van O2 over gas en waterfase besproken wordt.

Ik blijf puzzelen.

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 03 november 2006 - 22:48

Je moet dus bij de toe-en afvoer uit het systeem puur met liters (of m3) werken en niet met kilogrammen

Ik ben dit soort vraagstukken ook niet gewend, maar ik hoop dat ik je op goede gedachten breng.

Dit vraagstuk is veel simpeler dan het lijkt, of veel ingewikkelder dan het lijkt.

Aangezien een kg water een volume heeft van een liter maakt dat voor je berekening niks uit. Totaal volume en druk in je systeem blijven constant, maar je volume water neemt af. Wat water afneemt moet iets anders toenemen, dat staat dan als een paal boven water. Als dat de vraag was lijkt het me opgelost.

Nu verder naar "advanced level"

Vraag blijft natuurlijk wel of die ca 10 kg lucht voldoende zuurstof bevat om via evenwichten uiteindelijk 4 mg zuurstof in een liter water te krijgen.

Je houdt nog 92 kuub water over, aan 4 mg/L betekent dat 368 g zuurstof opgelost.
je hebt 0,5 x 18 x 1,29 kg lucht :) 2,67 kg zuurstof binnengekregen.
368 g daarvan opgelost, in de lucht dus nog 2300 g over

2300 g in 18000 L lucht== 127 mg/L
dat betekent dat je een verhouding opgelost/gasvormig hebt van
4 : 127 (mg/L : mg/L)

maar ja, wat vor het oplossen van zuurstof geldt moet ook in een of andere vorm voor stikstof gelden. Dat lost dus ook op. Stel dat dat oplost in dezelfde verhouding, dan is er totaal dus ca 1600 g lucht in oplossing gegaan. Dat zal nauwelijks invloed hebben op het volume van de vloeistof, maar ik kom nu in mijn "luchtbel" ineens wel 1600 g lucht @ 0, 5 bar :) 2500 liter lucht tekort.....oeps. Ik heb dus alsnog een extra 1,25 kuub atmosferische buitenlucht nodig om dat weer aan te vullen. Dat heeft ook weer zo zijn weerslag op de verhoudingen, en ik ben geen held in dat soort wiskunde. (toch zeker niet als ik niet weet wat er nou precies berekend moet worden)

Waar de vraag dan verder nog heen zou moeten is me niet duidelijk.
:)
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

#7

martijn1979

    martijn1979


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 06 november 2006 - 14:01

In navolging op een gestelde vraag uit de Natuurkunde-rubriek het volgende:

Stel ik heb een gesloten systeem met 100m3 water en erboven 10m3 lucht. De druk in het systeem is 0,5 bar (abs).

Gevonden is een maximale oplosbaarheid van O2 bij deze (partieel)druk van 4,0 mg/l. Uitgaande hiervan zou ik een systeem krijgen waarin alle zuurstof opgelost is in het water en niets in de lucht?

Voor mijn gevoel is dit niet zo, en moet er een evenwicht gaan optreden tussen de zuurstof in de lucht en in het water. Weet iemand of dit zo is en waar ik hierover enige info kan vinden.

Alvast bedankt. [rr]

#8

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8805 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 november 2006 - 16:54

Je krijgt inderdaad een evenwicht. Stel je voor dat alle zuurstof zou oplossen, dan was de partiaaldruk in de gasfase daarna nul. Tegen een druk van 0 is de oplosbaarheid ook 0, en dampt het dus weer uit. Er stelt zich dus een balans in ergens tussen deze extremen, je zou dat punt kunnen vinden mbv een formule/curve van oplosbaarheid vs druk.

Maar verkijk je er niet op, dit systeem is complexer dan je denkt: Zelfs als we aannemen dat lucht slechts N2 en O2 is, zit je nog met 3 stoffen en een evenwicht over 2 fasen (het water verdampt, dus telt ook mee in de gasfase - n2 lost op, telt mee in de vloeibare).
Victory through technology

#9

martijn1979

    martijn1979


  • 0 - 25 berichten
  • 5 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 06 november 2006 - 19:08

ja Ben,

ik had inderdaad al in de smiezen dat het een complex geheel was. Wilde er voor het gemak ook vanuit gaan dat lucht in dit geval uit N2 en O2 bestaat. (80 - 20)

De reden van de vraag is dat ik aan de hand van de zuurstofstijging in een gesloten watersysteem (waaruit tevens water wordt afgevoerd) iets wil kunnen zeggen over de hoeveelheid ingelekte lucht.

Op een andere manier is dit eveneens te benaderen (hoeveelheid afgevoerde water = gelijk aan hoeveelheid ingelekte lucht want druk blijft constant). Ter controle wilde ik echter proberen de zuurstofstijging te gebruiken.

Ik weet niet of het in het originele stukje tekst stond, maar de druk van het systeem bleef constant op 0,5 bar (abs). Bij een partieeldruk van 0,1 bar voor zuurstof is de maximale oplosbaarheid van O2 4 mg/l. De gemeten stijging van O2 was geheel volgens de theorie tot een waarde van 4 mg/l, hierna bleef hij constant.

Ben wel in het bezit van enkele curves waar verschillende oplosbaarheids-coefficienten van zuurstof, stikstof, en ook lucht wordt uitgezet tegen verschillende drukken. Echter zit aardig in de knoop met de eenheden enzo. Daarbij komt nog dat de curve van lucht jammergenoeg stopt bij een minimale druk van iets van 50 bar (heb ik dus niks aan).

Zou je misschien enig idee hebben waar ik verder evt wat info zou kunnen vinden? Ik ben er erg op gebrand tot een oplossing te komen.

Groeten van Martijn

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 06 november 2006 - 20:29

Ja, die Martijn, de lolbroek ;)

Na 1 uur is een O2-concentratie van 4 mg/l bereikt waarna deze stabiel blijft. Al deze tijd is de druk in het systeem constant gebleven op 0,5 bar absoluut.

en nergens een woord over de maximale oplosbaarheid van zuurstof bij deze druk zoals je die nu in scheikunde wťl aanhaalt:

Bij een partieeldruk van 0,1 bar voor zuurstof is de maximale oplosbaarheid van O2 4 mg/l.

Er is maximale concentratie (verzadiging) blijkbaar. En dus, logische conclusie, overmaat lucht. En dus, conclusie: je kunt met deze gegevens geen luchtinlek meer berekenen, ook al zou je dat willen, want of er nou 20 kuub of 100 kuub of 20 miljoen kuub lucht boven je water staat, hoger dan die 4 mg/L zal je concentratie niet worden.

Volgens mij ben je simpelweg opgezadeld met hťt feest voor sadistische docenten, de infameuze, tot dolle docentenpret en tot roodzwetende leerlinghoofdjes leidende met-overbodige-maar-bruikbaar-lijkende-gegevens-gegarneerde-vraag. [rr]

Beroerder vind ik dat je mij hebt laten zweten zůnder dat gegeven over die verzadigingsconcentratie van je. Je bent welkom met nog van die vraagjes hoor, maar gooi er dan gelijk je hťle vraag in, mťt alle bekende gegevens plus de nodige gegevens uit beschikbare tabellenboekjes. Ik vroeg er nota bene om in mijn allereerste reactie:

Wat je vooral mist zijn gegevens omtrent het evenwicht tussen atmosferisch zuurstof en opgeloste zuurstof bij 0,5 bar absoluut en 25įC.


Enfin, zo blijft het werk in het land, om mijn inmiddels begraven opa maar eens te quoten. :)

Ik vind dat je het me fatsoensgewijs verplicht bent iets goed te maken en mee te gaan werken aan mijn pet-project: eiwitten vouwen. :)
http://www.wetenscha...c=20003&start=0
doe maar eens iets nuttigs als wederdienst :)
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

#11

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8805 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 november 2006 - 01:24

Ik ben helaas niet zo'n kei in de berekeningen aan dit soort systemen, maar er is vast 1 probleem dat je eerst moet oplossen:

* Stel ik heb een gesloten systeem met 100m3 water en erboven 10m3 lucht.
* de druk van het systeem bleef constant op 0,5 bar (abs).  


Het eerste impliceert een vast volume van 110m3 (in een 'doos'), het tweede een variabel volume dat altijd op 0,5 bar blijft (in een zuiger oid).

Ik kan me niet voorstellen dat beide van toepassing zijn in een evenwicht tussen gas en vloeistofmengsels.
Victory through technology

#12

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8937 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 november 2006 - 09:36

Dat ligt eraan wat er met de temperatuur gebeurt...

#13

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 november 2006 - 11:31

nee, er lekt water uit en lucht in. Je druk blijft constant, totaal volume ook, maar een volume water wordt vervangen door een volume lucht door lekkage.
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

#14

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 november 2006 - 19:26

Beide topics van martijn1979 zijn op aanraden van Jan samengevoegd omwillen van de aard gelijklopende uitleg.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures