Leidingweerstand
Eén van de gewenste uitbreidingen bij de boerderij van mijn schoonouders is het aanleggen van een waterleiding naar de boerderij. Tot nu toe wordt gebruik gemaakt van oppervlaktewater uit een riviertje en dat is wel schoon, maar niet ideaal. Zeker ‘s winters is de wateraanvoer minimaal.
Op zo’n 750 meter afstand van de boerderij zit echter aan de rand van het natuurreservaat een bron. Het is een kleine bron, maar voldoende om de boerderij en eventueel het nabijgelegen wachthuis van het natuurreservaat van stromend water te voorzien. Omdat het een ondergrondse bron is, is het water constant van temperatuur, een graad of tien, ook in de winter. Daardoor is het het ideale punt om een waterleiding te beginnen. Met de directie van het natuurreservaat is al overeenstemming bereikt over het gebruik van de bron.
Een probleem is echter om de goede leidingdiameter te bepalen. 750 meter is geen kort stukje en metalen of plastic buis is duur. Bij een ijzeren buis—koper wordt voor dergelijke zaken niet toegepast in Kazachstan—zit je bovendien met corrosie waardoor de binnenwand van de leiding ruw wordt en daarmee de leidingweerstand hoger. Het is niet triviaal om de gewenste diameter te berekenen, zeker niet als de stroming turbulent is wat bij kleinere diameters ongetwijfeld het geval zal zijn. Gelukkig zijn er websites waar deze formules—inclusief de correctiefactoren voor turbulente stroming en ruwe wandoppervlakten—on-line voorkomen. Eén van die websites is EFunda. Ik heb hier alle ontwerpeisen ingevuld. De valhoogte is 35 meter wat resulteert in een uitgangsdruk van 3,5 bar. Ik ben uitgegaan van een minimaal gewenste einddruk van 1 bar. Die laatste bar valt wel over kranen dunne leidingen in huis en dergelijke. De resultaten waren als volgt:
| Diameter | Oppervlak | Opbrengst |
|---|---|---|
| 20 mm | glad | 13 l/min |
| 25 mm | glad | 24 l/min |
| 25 mm | ruw 1 mm | 15 l/min |
| 32 mm | ruw 1 mm | 30 l/min |
We zien dat bij een gladde buis de overstap van 20 naar 25 mm bijna een verdubbeling van de opbrengst oplevert. Dat is echter maar schijn. Composietleidingen met een gladde polyetheen binnenlaag zijn bij ons alleen te koop met een binnendiameter tot 20 mm. Daarboven zijn we aangewezen op metalen buizen die roesten en waarvan naar verloop van tijd het oppervlak ruw wordt. De ruwheid van 1 mm waar ik vanuit ben gegaan klinkt wel hoog, maar is niet ongewoon voor de buizen die hier worden toegepast. Dat betekent dat na een aantal jaren gebruik de metalen leiding van 25 mm terugzakt naar ongeveer dezelfde opbrengst als de dunnere composietleiding. Ondanks dat de binnendiameter hoger is zorgt het ruwe oppervlak voor zoveel turbulentie dat de netto opbrengst toch niet veel hoger is dan bij een dunne gladde buis.
Een interessante conclusie. Als de opbrengst van 13 liter per minuut voldoende is—gezien het huidige watergebruik denk ik eigenlijk van wel—dan is de composietleiding zeker te prefereren boven de ijzeren buis. Bij hogere gewenste opbrengst is 32 mm een ideale diameter. Zelfs als de wand behoorlijk is aangetast door corrosie en daarmee ruw is geworden levert een dergelijke leiding over 750 meter bij een hoogteverschil van 35 meter nog een opbrengst van 30 liter per minuut met een druk bij het tappunt van 1 bar.
Mag ik wat opmerken?
Mogelijk heb je er al bij stil gestaan, maar bedenk dat 750 meter water dat met een hoogteverschil van 35 meter een aardige massa vertegenwoordigt. Als iemand de kraan een beetje vlot dichtdraait (wasmachine?) dan kan dat denk ik een aardige klap geven. Iets van een demper tegen waterslag lijkt niet onwenselijk.
Reactie door Ron Reijnders — 19 Jul 2006 @ 22:08
Inderdaad een goed punt, had ik nog niet aan gedacht. In het dorp zit er niet zo’n groot hoogteverschil tussen de verzameltank en de eindgebruikers. Bovendien heeft daar praktisch iedereen wel een kraan constant open staan om het roest en rommel die mee komt uit de leidingen te spoelen (water betalen we in het dorp per bewoner, ongeacht het werkelijke verbruik).
Bij de boerderij in de bergen komt er aanzienlijk meer druk en zijn we de enige verbruiker dus stroomt de drukpiek niet weg door de openstaande kraan van de buurman. Eens kijken welke slimme oplossing daarvoor te bedenken is zonder al te veel materiaal uit Nederland te hoeven meenemen.
Reactie door lammert — 20 Jul 2006 @ 2:12
Ik heb geen idee of het goed zal werken, beter nog ik heb geen idee óf het werkt, maar je zou een drukvat, bijv een oude gasfles, met de opening naar beneden op de waterleiding aan kunnen sluiten. Ik bedoel dan echt zo’n grote fles voor huishoudgebruik. Kennen ze in Kazakhstan toch ook wel? Is relatief goedkoop. En anders een ander geschikt drukvat.(Neem geen oude compressorketel. Zitten vaak olieresten in.) Beetje spelen met stand van de kraan van die gasfles (meer of minder open) om zo een luchtgevulde demper te creëren. Misschien kun je het ook bereiken met een expansievat van een cv installatie, maar de inhoud daarvan is tamelijk klein en ik weet niet of die een piekdruk die aanzienlijk hoger is dan 3,5 bar kunnen hebben. Een gasfles kan tenminste 17 bar hebben.
Denk er wel om dat dat ding inwendig gaat corroderen. Eéns in de zoveel jaar vervangen lijkt me wel nodig wil je niet op een goede dag met een klap tot de realiteit teruggeroepen worden.;-)
Reactie door Ron Reijnders — 20 Jul 2006 @ 21:11
Gasflessen zijn duur in Kazachstan en expansievaten voor de CV kennen ze hier niet. De propaanflessen zijn hier wel mooi groot, dus daar zal het niet aan liggen. Een mogelijkheid is misschien ook een drukcylinder uit het remsysteem van een Kamaz vrachtwagen. Die hebben we tot volle tevredenheid als expansievat in ons centrale verwarmingssysteem geinstalleerd.
Maar net als een compressorketel zit in een gebruikte Kamaz cylinder ongetwijfeld nog olie, dus goed schoonmaken of misschien gewoon een nieuwe kopen.
De Kazachse oplossing is natuurlijk om altijd een kraan open te laten. Het water is tenslotte gratis en komt uit een continu lopende ondergrondse bron. ‘s Winters moeten we sowieso de kraan open houden om te voorkomen dat het stuk waar de leiding bovengronds over een riviertje ligt gaat bevriezen. Het water uit de bron heeft het hele jaar door een constante temperatuur van een graad of vijf waardoor bij continue doorstroming in de winter de leiding niet bevroren raakt.
Reactie door lammert — 20 Jul 2006 @ 21:59