Springen naar inhoud

[stromingsleer] leidingdiameter bij leeglopend bassin. hulp gevraagd


  • Log in om te kunnen reageren

#1

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 februari 2008 - 17:31

Dag allemaal,

Ik heb alle posts op dit subforum doorgenomen, en bij het lezen van iedere post voelde ik me stukje kleiner worden… :D

De gezamenlijke kennis op dit subforum is ongeëvenaard, en dit sterkt me in de gedachte dat hier mijn vraagstuk in goede handen is.

Wat uitleg.
Als het in Nederland regent op een stuk grasland, dan valt die regen gelijkmatig (stelling), en zal een groot deel van het gevallen water in de grond trekken. Het deel wat niet intrekt in de grond zal via sloten en dergelijke afgevoerd worden.
De diverse waterschappen in Nederland bewaken de manier waarop we met het hemelwater omgaan. Als je vervolgens dat stuk grasland volbouwt met bijvoorbeeld een hal van 2000m2 oppervlak, dan wordt dat betiteld als 'verhard oppervlak'. De waterschappen zullen in dat geval eisen dat je een bepaalde hoeveelheid water 'buffert' en deze hoeveelheid in een vertraagde lozing op de sloot loost. Zouden ze dat NIET doen, dan zou bijvoorbeeld 45 mm water x 2000 m2 oppervlak ineens op de sloten komen. Daar is het slootstelsel vaak niet op berekent.

De waterschappen stellen aan de ene kant eisen ten aanzien van de hoeveelheid water die geborgen moet kunnen worden. Die hoeveelheid is vaak simpel uit te rekenen: hoeveelheid verhard oppervlak x de eis in mm = de hoeveelheid water die opgevangen moet worden in een bassin.

Vervolgens stelt het waterschap ook eisen aan de snelheid waarmee afgevoerd mag worden. Die eis wordt altijd geformuleerd in … liter per hectare per seconde. Een normaal getal is bijvoorbeeld 1,5 liter per 10.000 m2 per seconde als maximale afvoersnelheid.

Mijn feitelijke probleem
Nu wil ik graag het volgende uitrekenen.

Ik heb dus een bassin waarin ik (in dit geval) 90 m3 water in opsla. Op de bodem van dat bassin zit een pijpje dat in vrij verval naar de sloot loopt. Ik moet door middel van een berekening aantonen dat ik met de diameter van dat pijpje de norm van 1,5 liter per 10.000 m2 per seconde niet overschrijdt.

PVC pijpjes zijn in een aantal verschillende diameters leverbaar. Elke diameter heeft een eigen 'capaciteit'. Door een bepaalde diameter te kiezen, kan ik aantonen dat mijn bassin niet sneller leegloopt dan de norm.

Op dit moment gebruik ik een tabelletje van een leverancier, maar volgens mij moet het ook mogelijk zijn om e.e.a. in Excel te zetten en automatisch een geschikte diameter uit te rekenen.

Extra complicatie is wellicht dat in de berekening (als je het officieel wilt doen) ook de hoeveelheid waterkolom (de hoogte van het water in het bassin) een invloed heeft op de snelheid waarmee het bassin leeg kan lopen door het pijpje? En volgens mij heeft ook afstand tussen het bassin en de sloot (= de lengte van het pijpje) een invloed op de berekening.
Ik mag ervan uitgaan dat het pijpje altijd onder zo'n hoek gelegd kan worden dat er altijd sprake is van afschot.

Wie zou me uit de brand kunnen helpen met een voorbeeldberekening in Excel waarbij ik de pcv binnendiameter af kan lezen na invullen van alle noodzakelijke waardes?

Vriendelijke groeten,

Rene van der Velde
*knip* [geen emailadressen, daarvoor is ruimte in je profiel]
Phys

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

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 01 februari 2008 - 17:46

Extra complicatie is wellicht dat in de berekening (als je het officieel wilt doen) ook de hoeveelheid waterkolom (de hoogte van het water in het bassin) een invloed heeft op de snelheid waarmee het bassin leeg kan lopen door het pijpje? En volgens mij heeft ook afstand tussen het bassin en de sloot (= de lengte van het pijpje) een invloed op de berekening.

Het gaat om het waterhoogteverschil tussen het bassin en de sloot, of als de pijp boven het water in de sloot uitkomt: het waterhoogteverschil tussen het bassin en de pijpuitlaat.

Behalve de diameter speelt inderdaad ook de lengte van de pijp een rol, maar ook het aantal bochten daarin.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 februari 2008 - 18:18

Het gaat om het waterhoogteverschil tussen het bassin en de sloot, of als de pijp boven het water in de sloot uitkomt: het waterhoogteverschil tussen het bassin en de pijpuitlaat.

Behalve de diameter speelt inderdaad ook de lengte van de pijp een rol, maar ook het aantal bochten daarin.


Dankjewel Fred voor je reactie.

In principe steken dergelijke pijpjes altijd BOVEN het water uit. Zou het mogelijk zijn dat we stellen dat er altijd een verval is van 1 mm op 1 meter pijp?

Zoals ik het nu zie zijn er een paar variabelen:
1: de uitstroomnorm van het waterschap (de 1,5 liter per ha per seconde)
2: de hoeveelheid water die gebufferd is (volgt uit een eerdere berekening van neerslag x oppervlakte)
3: de hoogte van de waterspiegel ten opzichte van de instroomopening van de pijp (in te voeren door de gebruiker, of te berekenen door hoeveelheid water gedeeld door oppervlakte van het bassin)
4: de lengte van het pijpje (zorgt voor meer weerstand en dus misschien voor de noodzaak tot een grotere diameter
5: het EXTRA hoogteverschil vanaf het begin van de pijp tot het einde van de pijp (en dit getal volgt uit de lengte van de pijp x 1 mm)

Zou je me misschien kunnen helpen om e.e.a. in excel te krijgen?

Rene

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44866 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 01 februari 2008 - 18:33

Dat in excel gaan stoppen is geen leuke klus, en vrij zinloos. Met behulp van een nomogram is dat in een minuut gefixt.
uit onze handigelinkstopic:
http://www.jains.com.....oly pipes.htm

In jouw geval van 2000 m² oppervlak een maximale afstroom van 18 L /minuut.

veronderstel ik een maximaal hoogteverschil bassin-uitstroomopening van 2 m, dan betekent dat een pijpje van bijvoorbeeld 10 m lengte en 15 mm inwendige diameter,

Ik kan je wél aanbevelen om dat pijpje te voeden via een slang met drijvend filter in dat bassin, want anders raakt het geheid verstopt en loopt de boel alleen maar over.

Veranderd door Jan van de Velde, 01 februari 2008 - 18:35

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

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 februari 2008 - 18:52

Dat in excel gaan stoppen is geen leuke klus, en vrij zinloos. Met behulp van een nomogram is dat in een minuut gefixt.
uit onze handigelinkstopic:
http://www.jains.com.....oly pipes.htm

In jouw geval van 2000 m² oppervlak een maximale afstroom van 18 L /minuut.

veronderstel ik een maximaal hoogteverschil bassin-uitstroomopening van 2 m, dan betekent dat een pijpje van bijvoorbeeld 10 m lengte en 15 mm inwendige diameter,

Ik kan je wél aanbevelen om dat pijpje te voeden via een slang met drijvend filter in dat bassin, want anders raakt het geheid verstopt en loopt de boel alleen maar over.


Dankjewel Jan voor je reactie. Probleem is alleen dat ik deze berekening graag wil voegen aan een excelmodule die ik aan het schrijven ben.

In die excelmodule heb ik al onderdelen af voor de exacte bepaling van het verhard oppervlak (je kunt alle bouwwerken invoeren, en dat eindigt in een totaal aantal m2 verhard oppervlak. Omdat ook het bassin ZELF verhard oppervlak is, is excel makkelijk als het gaat om het optellen en totaliseren.
Tweede onderdeel in de excelmodule die ik al af heb ik om een exacte bassinberekening te maken. Een bassin maak je door een aarden wal te maken. Tevens wordt er bij een bassin vaak ONDER het maaiveld niveau gegraven.
De hoeveelheid water die je kunt bergen is afhankelijk van de exacte berekening van de bassingrootte (waarbij je alle hoeken en dergelijk eruit moet filteren, alles in een hoek van 45 graden).
Deze module heb ik ook al af.

Nu ben ik bezig met het schrijven van het laatste stukje: het leeglopen van het bassin.

Ik vind het jammer om bij dit laatste stukje handmatig iets in een tabel of nomogram af te moeten lezen.

Als we het gemakkelijker maken: nl dat we alleen willen weten hoeveel water er door een pijpje met een bepaalde diameter kan, en we verwaarlozen de vloeistofhoogte. Zou je dan wel een stukje excel kunnen of willen maken? :D

Ik wil graag het hele programma als één geintegreerd spreadsheet laten werken, en vanuit dat spreadsheet een rapportage in Word laten printen.


René

P.s: het gaat telkens om nieuwe projecten en om gewijzigde maten en variabelen... uiteindelijk is excel en word dan professioneler dan het opsturen van de tabel, snap je?

Veranderd door renevandervelde, 01 februari 2008 - 18:53


#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44866 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 01 februari 2008 - 19:03

Da's werk voor een ingenieursbureau. Die rekenen minimaal 70 euro per uur voor hun kantoorsloofje, dat ga ik hier niet gratis zitten doen, ik heb al te vaak dat soort rekeningen zélf moeten betalen. Niet dat het té ingewikkeld is of zo, maar ik kan in 5 minuten met een rekenmachine en een nomogram in de hand dat hele werk doen. Sterker, ik heb dat ook gedaan van mijn leven, nota bene voor een ingenieursbureau, en die rapportjes werden feilloos overal geaccepteerd.

maximale bassinhoogte t.o.v. uitstroomniveau, maximaal debiet, lengte pijpje, nomogram. Keurig paragraafje in rapport, kopietje nomogram in bijlage X, that's all you need.
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

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 februari 2008 - 19:30

Da's werk voor een ingenieursbureau. Die rekenen minimaal 70 euro per uur voor hun kantoorsloofje, dat ga ik hier niet gratis zitten doen, ik heb al te vaak dat soort rekeningen zélf moeten betalen. Niet dat het té ingewikkeld is of zo, maar ik kan in 5 minuten met een rekenmachine en een nomogram in de hand dat hele werk doen. Sterker, ik heb dat ook gedaan van mijn leven, nota bene voor een ingenieursbureau, en die rapportjes werden feilloos overal geaccepteerd.

maximale bassinhoogte t.o.v. uitstroomniveau, maximaal debiet, lengte pijpje, nomogram. Keurig paragraafje in rapport, kopietje nomogram in bijlage X, that's all you need.


Uiteraard respecteer ik dat. Ik wil ook zeker niet iemand vragen om het werk voor mij te doen. Probleem is dat ik de formules die ik ervoor nodig heb niet ken.. En enthousiast als ik ben wil ik zoveel mogelijk mooie excelsheets bouwen.. Any help appreciated.

Rene

#8

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 02 februari 2008 - 10:55

Uiteraard zit ik niet stil. Ik ben diverse berekeningen tegengekomen, maar veel voorbeelden komen niet in de buurt van wat ik precies zoek.
Vannochtend stuitte ik op het volgende excelblad, dat volgens mij heel dicht in de buurt komt bij wat ik zoek.

Er is echter een probleem: dit sheet gaat ervan uit dat er een heel reservoir van een aantal METERS hoogte leegloopt.
In mijn geval is het vaak maar een laag tot en met 2 meter waterdiepte, en daar stopt het excelprogramma.

Daarnaast staat er een bepaalde formule in die ik probeer te ontrafelen.

Is er wellicht iemand die kan helpen bij het ontrafelen van de som en bij het herdefinieren van deze sheet in bruikbare maten?

Any help is appreciated :D

Rene

Bijgevoegde Bestanden


#9

Sjakko

    Sjakko


  • >1k berichten
  • 1007 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 februari 2008 - 13:04

Ik zal je een beetje helpen met de formules. Voor een pijp met constante diameter geldt:

LaTeX

LaTeX = drukverschil tussen ingang en uitgang pijp
LaTeX = dichtheid vloeistof
LaTeX = zwaartekrachtevrsnelling
LaTeX = hoogteverschil tussen ingang en uitgang pijp
LaTeX = gemiddelde vloeistofsnelheid
LaTeX = wrijvingsfactor van de pijp zelf (check het Moody diagram)
LaTeX = totale pijplengte
LaTeX = diameter pijp
LaTeX = de som van alle wrijvingsfactoren van eventuele aanwezige bochten, instroomverliezen, uitstroomverliezen, pompen etc.

Merk op dat LaTeX (de druk aan de ingang) afhankelijk is van de hoeveelheid vloeistof die erboven staat. Zoek maar eens op wikipedia op "hydrostatische druk". Een schatting voor eventuele wrijvingsverliezen (die K) door bochten e.d. kan ik misschien wel uit mijn sterkteleerboek halen. Het Moody diagram (Moody chart) is voor enkele gevallen ook te vatten in een vergelijking, bijvoorbeeld de formule van Haaland of die van Colebrook. Zoek even uit onder welke voorwaarden die te gebruiken zijn. Succes.

Veranderd door Sjakko, 02 februari 2008 - 13:11


#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 februari 2008 - 15:31

In feite doen p1 en z1 niet terzake. Het is veel simpeler om met de druk p0, hoogte z0 en snelheid v0 aan het bassinopppervlak te rekenen:

LaTeX

Verder geldt dan dat v0 = 0 en p0 = p2 = atmosferische druk. Daaruit volgt dan:

LaTeX

LaTeX

LaTeX

waarin z , D en Le in meters en v in m/s. f = Moody friction factor.

Voor gladde pijpen geldt volgens Blasius: f = 0,3164 Re-0,25 waarin Re = Reynoldgetal

Na wat omzettingen (let op de juiste eenheden) vindt men dan dat:

z0 -z2 = ΔZ = 778700 Le Q1,75/d4,75

waarin ΔZ = hoogteverschil bassinoppervlak-pijpuitlaat in meters, d = inwendige diameter in millimeters en Q = waterdebiet in liter/seconde
en Le de totale equivalente lengte (in meters) van de leiding.

d = 17,4 Q0,368 (Le/ΔZ)0,211

Le is de som van de rechte lengte L plus een toeslag voor de bochten, het inloopverlies en de snelheidstoename:

Le = L + (ΣK + 1)D/f waarin D de inwendige diameter in meters is ( D = d/1000 )

Neem voor het gemak maar aan dat in dit specifieke geval (maar beslist niet altijd) bij benadering geldt dat D/f = ~1 en dus Le = L + ΣK + 1

Voor de inloop geldt K = 0,5 en een standaard (r = d) 90 graden bocht geldt K = 0,7 maar voor bochten met een ruimere straal geldt een lagere K.

Bijvoorbeeld: voor ΔZ = 0,6 m , Q = 0,3 liter/sec , L = 8 m plus 2 bochten plus 1 inloop (dus Le = 10 m) vindt men dan:
d = 20 mm

Veranderd door Fred F., 03 februari 2008 - 15:37

Hydrogen economy is a Hype.

#11

Sjakko

    Sjakko


  • >1k berichten
  • 1007 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 03 februari 2008 - 16:06

Als je het niet te moeilijk wilt maken, zou ik Fred F.'s methode gebruiken. Die is overigens dezelfde als die van mij, op twee punten na:
1. Ik verwaarloos de zaksnelheid van de waterhoogte in het bassin (die is mijns inziens zeker verwaarloosbaar).
2. Op zijn beurt vereenvoudigt Fred de berekening van de frictiefactor, waarmee hij de noodzaak voor het itereren wegneemt. Wel zo fijn.

#12

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 februari 2008 - 16:27

Dankjullie wel voor de formules.

In het spreadsheet dat ik hierboven aangegeven heb, wordt het allemaal heel anders berekend; dat spreadheet ziet op een tank die leegloopt, en ik moet dus even overschakelen naar deze nieuwe formules en manier van berekenen.

Ik zal jullie advies ter harte nemen en volgens de formule van Fred gaan rekenen. Het enige probleem is dat ik WEL de waterhoogte kan berekenen (dat is de totale hoeveelheid retentie in m3 gedeeld door het oppervlak van het bassin in m2 = hoogte bassin in m.)

Maar de aanvangssnelheid van het water in het bassin is niet bekend, juist omdat de diameter van de pijp de onbekende factor is die uitgerekend moet worden.

Dus: gegeven een bepaalde hoeveelheid m3 die afgevoerd moet worden (variabele 1), gegeven een bassinhooge (uitkomst van sommetje hierboven) (variabele 2), gegeven een afstand van het bassin tot de sloot (= de totale lengte van de buis, variabele 3), gegeven een constant afschot in die buis (1 mm per meter? Wat stellen jullie voor?), en gegeven de maximale norm die het waterschap stelt aan de uitgangskant van de buis (in liter per seconde) = moet ik in excel de gewenste diameter van de pijp berekenen.

Zie bijgaand spreadsheet voor een uitwerking van mijn vraag.

Zou iemand de formule op mijn spreadsheet(je) kunnen toepassen?

Vraag 2: hoe verhoud zich dat tot het eerdere antwoord dat je door middel van een grafiek de diameter af zou moeten lezen?

En... :D als ik zie hoe jullie die formules uit je mouw schudden dan wordt ik heel klein. Dankjullie wel dat jullie me willen helpen bij het oplossen van deze vraag.

René

Bijgevoegde Bestanden


#13

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 februari 2008 - 16:49

Ook ik verwaarloos de zaksnelheid van het water in het bassin want ik stel immers dat v0 = 0.

Overigens maakte ik een foutje in het voorbeeld, en had moeten zeggen:

Bijvoorbeeld: voor ΔZ = 0,6 m , Q = 0,3 liter/sec , L = 7 m plus 2 bochten plus 1 inloop, dus Le = L + ΣK + 1 = 7 + (2*0,7 + 0,5) + 1 = 10 m, vindt men dan: d = 20 mm

Het is overigens wellicht beter de diameter te kiezen (niet te klein om verstopping te vermijden) en de lengte aan te passen om de toegestane Q te krijgen.

De stroomsnelheid in de pijp speelt in de berekening geen rol, want dat is verwerkt in de formules via Q en d. Het gaat bij berekening van d alleen om het hoogteverschil tussen bassinwateroppervlak en pijpuitlaat, plus de Le van de pijp. Meer heb je echt niet nodig. Ik heb nu geen tijd om spreadsheets te controleren/corrigeren.

Het eerder genoemde nomogram geeft volgens mij te lage snelheid en drukval (hydraulic gradient) voor kleine diameter leidingen.
Bijvoorbeeld: met 0,3 liter/sec (18 liter/minuut) in 20 mm pijp is de echte snelheid 0,96 m/s en de echte gradient 6 m/100m maar het nomogram geeft slechts ongeveer 0,7 m/s en 5 m/100m.
Hydrogen economy is a Hype.

#14

Sjakko

    Sjakko


  • >1k berichten
  • 1007 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 03 februari 2008 - 17:46

Als ik mijn formule erbij pak:

LaTeX

Voor p1-p2 geldt dan bij benadering: LaTeX met H de waterhoogte in het bassin.
Voor LaTeX pak ik de door Fred gegeven Blasius: LaTeX waarbij Reynolds (Re)=LaTeX met LaTeX =dynamische viscositeit.
LaTeX met Q het volumedebiet en A de oppervlakte van de pijpdoorsnede=LaTeX . Als ik dit alles invul krijg ik:

LaTeX

De enige onbekenden zijn nu Q en D. Vul je maximale Q in, dan krijg je vergelijking met 1 onbekende die algebraïsch niet 1,2,3 op te lossen is. Pak daarvoor je grafische rekenmachine o.i.d. Grote kans dat er een foutje in de uitwerking zit dus ik zou het zeker minstens 1 maal narekenen.

Veranderd door Sjakko, 03 februari 2008 - 17:58


#15

renevandervelde

    renevandervelde


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 februari 2008 - 18:10

Als ik mijn formule erbij pak:

Voor p1-p2 geldt dan bij benadering: LaTeX

met H de waterhoogte in het bassin.
Voor LaTeX pak ik de door Fred gegeven Blasius: LaTeX waarbij Reynolds (Re)=LaTeX met LaTeX =dynamische viscositeit.
LaTeX met Q het volumedebiet en A de oppervlakte van de pijpdoorsnede=LaTeX . Als ik dit alles invul krijg ik:

LaTeX

De enige onbekenden zijn nu Q en D. Vul je maximale Q in, dan krijg je vergelijking met 1 onbekende die algebraïsch niet 1,2,3 op te lossen is. Pak daarvoor je grafische rekenmachine o.i.d. Grote kans dat er een foutje in de uitwerking zit dus ik zou het zeker minstens 1 maal narekenen.



Dag Sjakko, Dag Fred,

Dankjullie wel voor je input. Zouden jullie misschien iets in Excel voor me kunnen zetten om e.e.a. te verduidelijken?
Ik heb als uitgangspunt een kleine opzet gemaakt (zie 3 entries hierboven).

En hebben jullie ook ook een hall of fame? Zo ja: dan staan jullie daar per heden in!

Rene





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures