Water omhoog pompen met perslucht
Harm stelde deze vraag op 28 augustus 2022 om 15:03. Hallo,
Ik heb een uitdaging voor jullie waar ik zelf niet uit kom
Ik wil water dat naar beneden valt van een waterval weer omhoog pompen doormidden van pers lucht.
De volgende gegevens heb ik:
Nominale flow van 1.5 m3 per seconde
Valhoogte water is 1.5 meter
Hoogte waar water naar toe gepompt moet worden is 2.7 meter
Het water komt door een rond gat van 1,5 doorsnede
Afstand van de waterval tot de plek waar het water omhoog moet is 5 meter
Mijn vragen:
hoeveel buizen moet ik gebruiken om het water weer op te pompen
Hoeveel bar is er voor nodig per buis om het water vanuit de opvang bak 2.7 meter omhoog te pompen
Moet de buis diagonaal geplaatst worden of horizontaal met een 90 graden bocht omhoog
Waar kan het beste de koppeling komen met het perslucht: hoog of laag. En waarom op die plek
Groetjes Harm
Reacties
Wat betreft de vraag 'Hoeveel bar is er voor nodig'…
• Als 1,5 m³ water per seconde 2,7 m omhoog moet, levert de perslucht een nuttig vermogen van 40,5 kW, afgezien van allerlei verliezen. Gebeurt dat met een compressor?
• Stellen we ons onderaan de waterval een vat voor met een inlaatklep en een uitlaatklep, van waaruit de perslucht het water omhoog moet stuwen.
Dan is de benodigde overdruk in het vat met gesloten inlaatklep, geopende uitlaatklep en stilstaand water p=ρ·g·Δh=27000 Pa=0,27 bar boven de atmosferische druk. (Waterdichtheid ρ=1000 kg/m³, valversnelling g=10 m/s² en Δh=2,7 m.)
• De benodigde extra druk om het water te laten stromen, kun je berekenen met de wet van Hagen-Poiseuille en een debiet Φ=1,5 m³/s.
Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Hagen-Poiseuille
Deze wet geldt echter voor laminaire stroming ('in laagjes') door een rechte buis. In jouw geval is de stroming zeker turbulent, wat meer persluchtdruk vergt. Bovendien moet drukverlies door bochten en dergelijke worden gecompenseerd. Deze extra benodigde druk kan ik niet berekenen.
• Het benodigde vermogen is wellicht eerder een probleem dan de vereiste druk.
Groet, Jaap
Hallo Jaap,
Bedankt voor je uitgebreide uitleg.
Als ik het dus goed begrijp heb je voor de 1.5 kuub water, 40,5 kw nodig?
het is inderdaad de bedoeling dat het met een compressor gebeurd.
En als je de 1.5 kuub verdeelt over 3 buizen. Dan zit je op 30 kuub per minuut. Moet je dan 40,5 kw delen door 3?
Helpt de snelheid van het vallende water niet mee om minder perslucht nodig te hebben? Aangezien je de valsnelheid kan gebruiken
Ja, om 1,5 m³ water per seconde 2,7 m omhoog te brengen, is theoretisch een nuttig vermogen van 40,5 kW nodig, afgezien van allerlei verliezen. Het vermogen dat de aandrijfmotor van de compressor opneemt, is aanmerkelijk hoger. Slag in de lucht: een factor 2 hoger? Zo'n motorvermogen is ruwweg vergelijkbaar met dat van een kleine personenauto.
Het water verdelen over drie buizen betekent dat een van de drie compressoren inderdaad ruwweg een derde van het genoemde vermogen moet leveren.
De snelheid of bewegingsenergie van het vallende water kan in theorie helpen. Van de praktische mogelijkheden heb ik geen verstand.
Het is raadzaam iemand met praktijkkennis te vragen: een ingenieur civiele techniek?
Groet, Jaap
Hallo Jaap,
Bedankt voor je antwoord.
Ik ga op zoek naar een ingenieur
Harm
Ik wil water dat naar beneden valt van een waterval weer omhoog pompen door middel van perslucht.
Dag Harm,
Voor het gebruik van perslucht voor dit doel moet je goede redenen hebben, want bellenpompen (google airlift pump) zijn niet bijster efficiënt qua energie.
Groet, Jan
En als je het andersom doet. Je gebruikt de luchtdruk bovenaan de buis om een vacuüm te crieeeren. En dan zuig je het water omhoog.
Daarmee kan een waterkolom niet hoger komen dan ca. 10 meter. Dan is de kolom water zo zwaar geworden dat de luchtdruk van onderuit met gelijke druk wordt tegengewerkt en alles tot stilstand komt.
De werking is niet anders dan de (vroegere) kwikkolombarometers: zo gauw de kolom even zwaar naar beneden werkt, stopt de stuwende werking van de lucht: bij kwik is een kolom van 76 cm al voldoende. Voor het veel lichtere water is 10 meter nodig.
Bedankt voor je uitleg.
en maakt het dan nog uit of ik het verdeel over meerdere buizen om her gewicht van het water te verminderen?
Nee, dat maakt niks uit. Eén grote, of honderd kleintjes, zo veel kg water moet zo ver omhoog, en dat kost zo veel energie.
Maar vertel eens, waarom die lucht? Voor die paar meter, en dat soort debieten, zou ik eerder aan vijzels (schroef van Archimedes) denken:
(afb wikipedia)
groet, Jan
Stel er gaat 1,5 m³ water per seconde door drie parallelle buizen, elk met een diameter van 40 cm. Dan is de gemiddelde stroomsnelheid een indrukwekkende 4 m/s.
Scheepswerf, Efteling, Floriade?
Groet, Jaap
Druk is kracht (gewicht)/oppervlakteeenheid. Dus of je nu alles in een dikke buis van 4 m2 doorsnede neemt of 4 buizen van 1 m2 de kracht per m2 blijft dezelfde...
