Water maximaal 10m op te voeren?a

[Mach]

Ik zat voor mezelf nog eens even dat verhaal van torricelli door te nemen en daarbij kwamen toch wat vragen op. Ik begrijp dat 10 (eigenlijk 9,8 toch?) meter water kolom een druk oplevert van ca. 1 bar. Dus als ik ergens een level heb van 10 meter dan kan ik dat level gebruiken om het water 10 meter omhoog te stuwen, dit klopt toch? Nou heb ik wel eens gehoord dat je water maximaal 10 meter omhoog kan stuwen d.m.v. vloeistofhoogte. Maar dit is toch alleen in een afgesloten ruimte? Als ik b.v. 50 meter water heb staan in een vat, en dat vat belucht ik dan kan ik dat water toch 50 meter omhoog krijgen aan de andere kant? Ik begrijp dat als het vat afgesloten zou zijn dat het max 10 meter is omdat dan de druk boven het water in het vat verlaagd naar vacuüm en het water dus gaat koken.

Sowieso in een gesloten vat kun je het wel vergeten om water omhoog te hevelen d.m.v. de vloeistofhoogte?

En stel nou dat ik een pomp heb, en ik heb 10 meter lager een put met water.. die put staat wel in verbinding met de buitenlucht dus de druk boven de waterspiegel is constant 1 bar. Als ik dan met de pomp het water uit die put wil zuigen dan moet dat toch kunnen? Zolang de druk maar atmosferisch blijft boven de waterspiegel zou ik zeggen... Of is het zo dat het aanzuigpunt op 10 meter diep, dat daar plaatselijk de druk zo laag zal worden dat het water ook gaat koken?

Hoop dat iemand me wat meer duidelijkheid kan verschaffen

[Benm]

Je kunt water niet verder dan 10 meter omhoog -zuigen-. Dat geldt voor zowel een pomp als een hevel constuctie. Zou je bijvoorbeeld een ton water aan de ene kant van een huis zetten en een slang over het dak gooien om het naar de andere kant te hevelen, dan werkt dat niet. Zelfs als je die slang er gevuld met water overheen gooit ontstaat bovenin een bel waterdamp.

(aangenomen dat het huis >10 meter hoog is, en stp).

[Michel Uphoff]

Er is een groot verschil in persen en aanzuigen.

Zuigen is bijvoorbeeld de druk bovenin een buis verlagen waardoor de luchtdruk onderin het water omhoog stuwt. Meer drukverschil dan bijna 1 bar (de druk van de atmosfeer) kan je zo nooit krijgen en dus kan je in een buis water niet hoger opzuigen dan pakweg 10 meter. Wat wel zou kunnen is meerdere stappen inbouwen: pomp 1 zuigt het water een paar meter op en laat het in een open vat lopen. Pomp 2 zuigt dat water opnieuw een aantal meters hoger et cetera.

Met persen bouw je zelf de druk op, je stuwt het water in plaats van aan te zuigen. De persdruk kan veel hoger zijn dan 1 bar en dus kan je het water veel meer dan 10 meter omhoog persen. Ook hier wordt in de bergen wel gebruik gemaakt van tussenliggende vaten omdat je water dat bijvoorbeeld naar 5 kilometer hoogte moet met een druk van pakweg 500 bar zou moeten persen. Dat is technisch erg lastig en kostbaar vanwege de zware leidingen. Dan worden er tussenvaten om de paar honderd meter gebruikt.

[Mach]

Hmm oke.. stel nu dat ik een U-buis heb, en links is de U-buis 50 meter hoog en rechts 10 meter hoog en onderin de U-bocht zit een afsluiter. De U-buis heeft aan de linkerzijde een waterhoogte van 50 meter, ofwel 5 bar en rechts is het gewoon 10 meter lucht. Als ik nu in de bocht de afsluiter open zet dan gaat die 50 meter water dus stromen, maar omdat er een vloeistofdruk van 5 bar op heerst dan komt ie er toch ook met 5 bar uitzetten aan de rechterzijde? Oftewel 50 meter hoogte. De U-buis heeft trouwens een open bovenkant, dus de waterspiegel staat constant in verbinding met de atmosfeer.

Het punt wat ik dus niet begrijp dat als er druk op staat, of dat nou 1 bar atmosfeer is of een vloeistofdruk.. dan zou het water toch minimaal met de druk die er op heerst er moeten spuiten? Tenzij de U-buis gesloten is, dan trekt ie natuurlijk vacuüm en zou die zichzelf "ophangen".

Ik hoop dat ik mijn punt een beetje heb kunnen verduidelijken.. het is niet mijn bedoeling om betweterig te doen, ik hoop alleen dat iemand mij kan overtuigen. Ik ben me bewust dat mijn manier van denken blijkbaar niet juist is alleen ik kan het niet veranderen omdat ik niet overtuigd ben.. hehe.

[dannypje]

Hmm oke.. stel nu dat ik een U-buis heb, en links is de U-buis 50 meter hoog en rechts 10 meter hoog en onderin de U-bocht zit een afsluiter. De U-buis heeft aan de linkerzijde een waterhoogte van 50 meter, ofwel 5 bar en rechts is het gewoon 10 meter lucht. Als ik nu in de bocht de afsluiter open zet dan gaat die 50 meter water dus stromen, maar omdat er een vloeistofdruk van 5 bar op heerst dan komt ie er toch ook met 5 bar uitzetten aan de rechterzijde? Oftewel 50 meter hoogte. De U-buis heeft trouwens een open bovenkant, dus de waterspiegel staat constant in verbinding met de atmosfeer.

Het punt wat ik dus niet begrijp dat als er druk op staat, of dat nou 1 bar atmosfeer is of een vloeistofdruk.. dan zou het water toch minimaal met de druk die er op heerst er moeten spuiten? Tenzij de U-buis gesloten is, dan trekt ie natuurlijk vacuüm en zou die zichzelf "ophangen".

Ik hoop dat ik mijn punt een beetje heb kunnen verduidelijken.. het is niet mijn bedoeling om betweterig te doen, ik hoop alleen dat iemand mij kan overtuigen. Ik ben me bewust dat mijn manier van denken blijkbaar niet juist is alleen ik kan het niet veranderen omdat ik niet overtuigd ben.. hehe.

Is dat dan voor de rechterbuis niet hetzelfde als persen ? Waarbij Michael hierboven al aangaf dat je idd met een hogere druk (5bar in jouw geval) het water tot meer dan 10m hoog kan persen ?

[Benm]

Inderdaad, als je de afsluiter open zet, dan houd je aan beide kanten dus 30 meter waterhoogte over. De druk onderin de buis is dan 3 bar, en zolang die buis daartegen bestand is blijft dat gewoon zo.

Overigens zou deze situatie niet wezenlijk anders zijn als de buizen waren afgesloten.

[Michel Uphoff]

rechts is het gewoon 10 meter lucht. Als ik nu in de bocht de afsluiter open zet dan gaat die 50 meter water dus stromen

Ja, dat water gaat stromen. De situatie zoals jij hem opgeeft:

We hebben een U-buis met ongelijke benen. Linkerbeen staat vol met 50 meter water, en het rechterbeen van 10 meter staat leeg. Het volgende gaat dan gebeuren als we de klep onderin open zetten:

Door de overdruk in de lange poot zal het water in het lege rechterdeel van de U-buis 10 meter klimmen, waarmdoor de druk onderin dit deel met 1 bar stijgt. Links zal het water eerst tot 40 meter dalen, waarmee de druk onderin in dat deel van 5 naar 4 bar gaat. We hebben dus links 4 bar en rechts 1 bar, verschil 3 bar. Dat is dan ook de druk waarmee het water in het begin rechts de buis uit spuit.

Natuurlijk zakt het water daarna in de linkerbuis nog verder, en daardoor neemt het drukverschil steeds verder af. Zodra het water links tot 10 meter is gedaald is de zaak in evenwicht (links 10 meter water en rechts ook) met een druk onderin de buis van 1 bar.

Hierbij is geen rekening gehouden met de kinetische energie van het water. Het water krijgt door het drukverschil snelheid en dus zal er rechts wat meer water uitspuiten (het water schiet als het ware door). Hoeveel water dat is is afhankelijk van de stroomsnelheid, en dus mede van de dikte van de buis.

Zo duidelijk?

[Mach]

Ja, dat water gaat stromen. De situatie zoals jij hem opgeeft:

We hebben een U-buis met ongelijke benen. Linkerbeen staat vol met 50 meter water, en het rechterbeen van 10 meter staat leeg. Het volgende gaat dan gebeuren als we de klep onderin open zetten:

Door de overdruk in de lange poot zal het water in het lege rechterdeel van de U-buis 10 meter klimmen, waarmdoor de druk onderin dit deel met 1 bar stijgt. Links zal het water eerst tot 40 meter dalen, waarmee de druk onderin in dat deel van 5 naar 4 bar gaat. We hebben dus links 4 bar en rechts 1 bar, verschil 3 bar. Dat is dan ook de druk waarmee het water in het begin rechts de buis uit spuit.

Natuurlijk zakt het water daarna in de linkerbuis nog verder, en daardoor neemt het drukverschil steeds verder af. Zodra het water links tot 10 meter is gedaald is de zaak in evenwicht (links 10 meter water en rechts ook) met een druk onderin de buis van 1 bar.

Hierbij is geen rekening gehouden met de kinetische energie van het water. Het water krijgt door het drukverschil snelheid en dus zal er rechts wat meer water uitspuiten (het water schiet als het ware door). Hoeveel water dat is is afhankelijk van de stroomsnelheid, en dus mede van de dikte van de buis.

Zo duidelijk?

Jep, dus als ik het goed begrijp dan zal het water rechts er in de eerste seconden met 30 meter uitspuiten? Zo ja dan heb ik het begrepen.

Betreft de pomp, klopt het dat het water maar voor 10 meter aan te zuigen is omdat bij een aanzuiging van 10 meter de druk vlak boven de waterspiegel naar vacuüm zal zakken en het water dus verdampt en de dampbellen naar boven in het pomphuis schieten.. waardoor de pomp niet meer functioneert? Doet dit verschijnsel zich dan ook op deze manier voor wanneer er sprake is van een vat water wat continu in verbinding staat met de atmosferische druk?

Bedankt voor de uitleg.

[Michel Uphoff]

Wat je met '30 meter uitspuiten' precies bedoelt weet ik niet. Als je daarmee een snelheid bedoelt, bijvoorbeeld 30 meter per seconde, dan is dat niet juist. Hoe snel het water er uit spuit is zoals ik schreef ondermeer afhankelijk van de dikte van de buis. Stel je eens een heel dun buisje voor met een kanaaltje zo dik als een haar. Daar zal het mogelijk uitdruppelen in plaats van spuiten, terwijl het bij een buis ter dikte van een regenpijp met behoorlijke kracht een flink eind de lucht in spuit.

10 meter waterkolom is inderdaad ongeveer het maximum wat aan aangezogen kan worden. Of het water verdampt doet er niet zo toe.

Zie het eens als volgt: De atmosfeer drukt met 1 bar (ongeveer 1 kg per vierkante centimeter) overal op. Als ik nu een lange buis bovenin helemaal luchtledig pomp, dan drukt daar die atmosfeer niet meer. Dus perst de atmosfeer onderin de buis het water omhoog. En aangezien de druk van de atmosfeer 1 bar is, kan het water niet hoger worden geperst als ongeveer 10 meter. Kijk ook eens naar een waterbarometer

[Benm]

Het verdampen doet er wel in enige mate toe natuurlijk. Stel dat je een buis hebt die 20 meter lager in een vat water staat, met aan de bovenkant een behoorlijke vaccuumpomp. Daarmee krijg je dat vat water uiteindelijk wel degelijk leeg, maar alleen doordat je waterdamp aan het opzuigen bent. In de praktijk denk ik dat het water tegen een hoogte van 10 meter eerst zal koken en dan zal bevriezen omdat dat verdampen nogal wat energie kost. Niet dat het gevormde ijs vervolgens niet zal sublimeren als je maar genoeg vaccuum weet te houden.

Zaak is in ieder geval dat je vloeibaar water niet hoger dan 10 meter kunt aanzuigen.

[Mach]

Wat je met '30 meter uitspuiten' precies bedoelt weet ik niet. Als je daarmee een snelheid bedoelt, bijvoorbeeld 30 meter per seconde, dan is dat niet juist. Hoe snel het water er uit spuit is zoals ik schreef ondermeer afhankelijk van de dikte van de buis. Stel je eens een heel dun buisje voor met een kanaaltje zo dik als een haar. Daar zal het mogelijk uitdruppelen in plaats van spuiten, terwijl het bij een buis ter dikte van een regenpijp met behoorlijke kracht een flink eind de lucht in spuit.

10 meter waterkolom is inderdaad ongeveer het maximum wat aan aangezogen kan worden. Of het water verdampt doet er niet zo toe.

Zie het eens als volgt: De atmosfeer drukt met 1 bar (ongeveer 1 kg per vierkante centimeter) overal op. Als ik nu een lange buis bovenin helemaal luchtledig pomp, dan drukt daar die atmosfeer niet meer. Dus perst de atmosfeer onderin de buis het water omhoog. En aangezien de druk van de atmosfeer 1 bar is, kan het water niet hoger worden geperst als ongeveer 10 meter. Kijk ook eens naar een waterbarometer

Met die 30 meter bedoel ik eigenlijk dat het water in eerste instantie een hoogte van 30 meter kan bereiken (theoretisch), daarmee probeer ik voor mezelf bevestigd te krijgen dat het dus niet waar is dat water absoluut gelimiteerd is tot een maximum hoogte van 10 meter. Als ik het nu goed begrijp dan klopt het dat met een waterkolom van b.v. 50 meter het water aan de andere zijde hoger kan komen dan 10 meter, iets wat ook afhankelijk is van andere factoren zoals leidingdiameter en leidingweerstand.

Ik snap wat je bedoeld met de atmosfeer die het water de buis in drukt. Wanneer de bovenkant van de buis luchtledig is dan is daar geen weerstand van de atmosfeer en kan dan kan de atmosfeer aan de andere zijde het water in die buis omhoog drukken. Dit komt doordat de atmosfeer overal een druk uitoefent van 1 bar en met 1 bar lucht kan er 10 meter water omhoog gedrukt worden, of 76cm kwik.

Dus als ik het goed begrijp, dan is de zuig van een pomp afhankelijk van de druk die in het vat heerst. Als de druk in het vat 1 bar is en ik wil het water 12 meter omhoog zuigen. Dan helpt de atmosfeer de pomp tot een hoogte van 10 meter (meer kan die niet) en die laatste 2 meter moet de pomp zelf aanzuigen...

Waarom lukt dit dan niet? De pomp zuigt het toch aan, er ontstaat toch een zuigende werking vanuit de pomp, wat ervoor zorgt dat de vloeistof wordt aangezogen.

Edit: Nu ik er even op doordenk, wanneer de pomp een zuigleiding van 12 meter heeft.. betekent dat dat de pomp na 10 meter een te lage zuigdruk krijgt omdat de atmosfeer het water niet meer omhoog drukt? En een te lage zuigdruk betekent natuurlijk verdamping van de vloeistof met cavitatie tot gevolg?

Is dit de juiste verklaring?

[Michel Uphoff]

Nu ik er even op doordenk, wanneer de pomp een zuigleiding van 12 meter heeft.. betekent dat dat de pomp na 10 meter een te lage zuigdruk krijgt omdat de atmosfeer het water niet meer omhoog drukt? En een te lage zuigdruk betekent natuurlijk verdamping van de vloeistof met cavitatie tot gevolg?

Zuigdruk bestaat niet, maar jouw conclusie is wel correct. Om het water door de atmosfeer bij 1 bar tien meter omhoog te te laten drukken is boven het water een druk nodig van 0 bar (luchtledig dus). En aangezien er dan niets over is om weg te pompen stopt het daar, hoe hard die pomp ook zijn best doet.

Inderdaad kan bij een goede pomp er zo een diep vacuüm ontstaan, dat het water al gaat koken op kamertemperatuur of zelfs wat lager. Maar dit zal je bij een gewone pomp en koud water meestal niet tegenkomen, want die komt niet zo dicht bij 0 bar.

Dus als ik het goed begrijp, dan is de zuig van een pomp afhankelijk van de druk die in het vat heerst.

Het is beter niet in 'zuig' kracht te denken, maar ook hier heb je gelijk. Als er in een vat een overdruk van 10 bar bestaat, kan het water in een buis aan dat vat tot wel honderd meter hoog worden geperst. Tenminste, zolang in dat vat die overdruk van 10 bar gehandhaafd wordt. Er zal dus wel lucht bij geperst moeten worden als het water in de buis stijgt.

[Thionyl]

Hoe zit dat dan met die enorme bomen in Californië?

[Michel Uphoff]

Het is een combinatie van vacuüm zuigen, capillaire werking, stuwing door worteldruk en nog wat.

Er gebeurt dus meer in een boom dan een eenvoudig vacuüm dat het vocht omhoog zuigt.

Maar ik ben in dat boom-pomp mechanisme niet thuis, misschien dat iemand met meer kennis van bomen er wat meer over kan zeggen.

[Mach]

Zuigdruk bestaat niet, maar jouw conclusie is wel correct. Om het water door de atmosfeer bij 1 bar tien meter omhoog te te laten drukken is boven het water een druk nodig van 0 bar (luchtledig dus). En aangezien er dan niets over is om weg te pompen stopt het daar, hoe hard die pomp ook zijn best doet.

Inderdaad kan bij een goede pomp er zo een diep vacuüm ontstaan, dat het water al gaat koken op kamertemperatuur of zelfs wat lager. Maar dit zal je bij een gewone pomp en koud water meestal niet tegenkomen, want die komt niet zo dicht bij 0 bar.

Het is beter niet in 'zuig' kracht te denken, maar ook hier heb je gelijk. Als er in een vat een overdruk van 10 bar bestaat, kan het water in een buis aan dat vat tot wel honderd meter hoog worden geperst. Tenminste, zolang in dat vat die overdruk van 10 bar gehandhaafd wordt. Er zal dus wel lucht bij geperst moeten worden als het water in de buis stijgt.

Hmm, ik snap dat er een drukverschil van 1 bar nodig is om het water 10 meter omhoog te krijgen.. maar eigenlijk, hoe kan er nou een vacuüm ontstaan boven die 10 meter in de zuigleiding van de pomp? Ik bedoel, in dat kleine stukje boven die 10 meter in de zuigleiding zit nog steeds lucht opgesloten die daarvoor ook al erin zat.. waar gaat dit heen dan? Om een vacuüm te krijgen moet de lucht die daar zit wel eerst ontsnappen toch?

Of zal de leiding gewoon niet vol lopen als de ruimte gesloten is? Zal de leiding pas vol lopen als je de pomp start? Een beetje hetzelfde effect als wanneer je je vinger op het uiteinde van een rietje houd en deze dan onderdompelt in water?

Dus op Mars zou een pomp nooit kunnen werken, aangezien je daar een zeer lage druk in de atmosfeer hebt?