Aan- en afvoer water in een ornament.

Sam stelde deze vraag op 27 december 2020 om 19:04.

 Goedemiddag,

Alvast bedankt voor enige hulp, want ik kom er zelf niet uit.

Het volgende is het geval; ik heb een ontwerp voor een water ornament, en ik ben nu aan het onderzoeken welke diameter slang ik voor de aanvoer van het water moet gebruiken. 

Ik heb nu een bak van LxHxB = 52x6x15 cm, oftewel 4680 cm3. Deze bak heeft een gleuf aan de onderzijde van LxB = 52x1cm, oftewel 52 cm2. De bovenkant van de bak is bij voorkeur gesloten. 

Waar ik naar op zoek ben is hoe te berekenen wat de diameter van de aanvoerslang moet zijn om het waterniveau in de bak constant te houden. 

Ik heb een natuurkunde parcticum gevonden waarbij een berekening gemaakt moet worden hoe snel een fles zonder bodem leegloopt. Zie daarvoor de bijlage. 

Met de formule op pagina 1 (Wet van Bernoulli?) bereken ik de tijd die het reservoir nodig heeft om leeg te lopen. 

Aa = (52*15)=780 cm2
Ab = (52*1)= 52 cm2

H1 = 6 cm
H2 = 0 cm

g = 9.8 m/s2 

Dan kom ik volgens deze formule op ∆T = 16,57 m/s2. 

Als ik het goed heb begrepen loopt de bak in 16,57 meter per seconde leeg en zou ik dus een aanvoer moeten hebben van 16,57 m/s2. Klopt dit? En, klopt mijn interpretatievan ∆T?

Hoe bereken ik de gewenste diameter van de aanvoerpijp om ervoor te zorgen dat het water niveau in de bak constant blijft? 

Nogmaals heel hartelijk bedankt voor de genomen moeite. 

Bijlagen:

Reacties

Jan van de Velde op 27 december 2020 om 19:49
Dag Sam,

die benadering volgens de wet van Torricelli ** gaat hier niet op: de oppervlakte van je vat is maar ongeveer 15 keer groter dan de oppervlakte van je sleuf. Verder ga je in een vlakke bak met zo'n lange sleuf heel rare stromingspatronen krijgen die elke berekening bij voorbaat overhoop gooien. 

Maar dat mag niet deren: Het gaat je erom in te schatten hoeveel water je aan moet voeren om dit aan de gang te houden. Wordt die slang te groot, dan kun je hem altijd nog een beetje knijpen.

Torricelli: v= √2gh = √(2 x 9,8 x 0,06) ≈ 1,1 m/s 
dat wordt in het ergste geval de snelheid waarmee dat water door die sleuf valt.
110 cm/s x 52 cm² geeft een debiet van 5730 cm³/s, ruwweg 6 liter per seconde, 360 L/min, 20 kuub per uur. 
Zoek een slang/pomp/kraan waarmee je in twee seconden een bouwemmer kunt vullen.

Of beter, laat dat maar. Behalve bij de brandweer ga je dat niet zo gauw vinden. Enneh, dat gaat nogal een knoeiboel worden bij het vullen, die vulstraal klettert aan alle kanten over dat bakje heen. Die turbulentie zal trouwens één van de redenen zijn dat je leegloopsnelheid sterk afneemt, maar toch: beter terug naar de tekentafel.

Groet, Jan

** Dat practicum begint over Bernoulli, maar gaat dan de boel vereenvoudigen door aan te nemen dat het water in de fles zelf nauwelijks stroomt, en komt op die manier uiteindelijk uit bij Torricelli, ruim honderd jaar eerder. 
Sam op 27 december 2020 om 20:24
Hallo Jan,

De snelheid van je antwoord heeft al m'n verwachtingen overtroffen. Dankjewel! 

Eigenlijk de conclusie ook, want ik had niet gedacht dat ik zo'n onpraktisch ontwerp heb gemaakt. 

Desalniettemin ben ik erg blij dat ik je de vraag heb kunnen stellen voordat ik het prototype ben gaan maken.

Ik zal me verder verdiepen in Toricelli en, inderdaad, teruggaan naar de tekentafel.

Onwijs bedankt!

Groetjes,

Sam.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft eenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)