Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

Dieses Thema im Forum "Technik" wurde erstellt von goegoe, 10 Dez. 2008.

  1. Hallo allerseits.

    Ich habe folgendes Problem. Ich möchte aus einem recht dünnen Behälter (Durchmesser 2m, Höhe 20m) Wasser in ein Rohr (Länge 40m) ausfließen lassen und damit eine radiale Kreiselpumpe als Turbine betreiben (ist nur theoretisches Rechenbeispiel für meine Diplomarbeit, hat nichts mit einem Praxiseinsatz oder ähnlichem zu tun).

    Mein Problem ist nun das sich der Wasserspiegel des Behälters senkt und ich nicht mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit im Rohr rechnen kann. Gibt es eurer Meinung nach einfache Ventile oder Regelsysteme mit denen ich die Fließgeschwindigkeit einstellen kann (zum Beispiel auf 2m/s) bzw. ist dies überhaupt möglich? :confused:

    Vielen Dank im Vorraus,
    beste Grüße,
    goegoe
     
  2. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Hallo!


    Einfache aber effektive Lösung ist hier ein Druckminderer. Dieser wird auf den gewünschten Druck Beispiel 0,5bar) eingestellt. Nach diesem Druckminderer hast du dann unabhängig vom Füllstand ständig 0,5 bar anstehen, bis der Wasserspiegel auf 5m gesunken ist. So ein Druckminderer ist in fast jedem Hausanschluß eingebaut und sitzt oft in der Einheit mit Filter und Manometer.
     
  3. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Hallo.

    Zuerst einmal vielen Dank für die rasche Antwort. Ich glaub damit lässt sich mein Problem lösen. Ich hab nocheinmal meine Lösung aufgeschrieben. Kannst du vielleicht bei Gelgenheit nochmal drüberschauen ob ich das so richtig verstanden hab.

    • Meine gewünschte Geschwindigkeit die ich einstellen will beträgt 1,8 m/s.
    • Mit der Formel p=1/2*1000*1,8^2 ergibt sich für den Druck 0,0162 bar.
    • Das heißt ich muss den Druckminderer auf 0,0162 bar einstellen (bzw. auf einen geraden schöneren Wert wie z.B. 0,02 bar) und erhalte dann eine konstante Geschwindigkeit im Rohr.
    • Die Geschwindigkeit gilt jedoch nur so lange als konstant, solange der Wasserpegel über 0,165 m bleibt.
    • h=(0,0162*10^5)/(1000*9,81)
    • Danach sinkt die Geschwindigkeit. Dies kann ich aber für meine Berechnungen auf jeden Fall vernachlässigen.
    Ich hoffe ich habe deine Idee richtig nachvollzogen. Wenn nicht wäre ich dir sehr dankbar wenn du mich ausbesserst :D

    Besten Dank,
    Stefan
     
  4. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Halklo Goegoe!

    Ich habe dir eine billige und leicht kalkulierbare Lösung anzubieten -
    wird dir gefallen!

    Mit fröhlichen Grüßen aus Wien

    Der Schwarze Peter
     

    Anhänge:

  5. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Hallo!

    Eins, setzen! Deine Formel hab ich jetzt nicht kontrolliert, aber das Prinzip hast du verstanden.

    Die Variante von derschwarzepeter gefällt mir auch, aber ich hab bedenken das es so 100%gehen soll. Der Widerstand für die nachströmende Luft wird mit sinkendem Wasserspiegel geringer, der Luftraum wird größer und läßt somit mehr Luftvolumenmangel bei geringerem Unterdruck zu und das Rohr sollte auch groß genug sein um genug Luft nachströmen zu lassen. Lasse mich da aber gern eines Besseren belehren!
     
  6. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Zugrundeliegend ist, dass der Luftdruck am unteren Ende des Rohres dem Umgebungsluftdruck entspricht. Das impliziert, dass das Rohr natürlich nicht unbedingt eine Kapillare sein soll, wo sich durch die Wandreibung ein Druckgradient über die Länge bildet. Wenn man davon ausgeht, dass Luft doch deutlich dünnflüssiger ist als Wasser ;), kann bei entsprechendem Durchmesser mit gutem Grund praktische Unabhängigkeit von den Druckverlusten im Luftrohr angenommen werden.
    Im Motorenbau rechnet man, dass in aerodynamisch günstig gestalteten Kanälen erst ab ca. 100 m/s mit nennenwerten Drosselwirkungen zu rechnen ist. So weit würde ich im unserem Falle nicht gehen, aber wenn wir um den Faktor 10 darunter bleiben, sollte man trotzdem mit einem Durchmesser auskommen, der bei höchstens ca. 1/4 dessen des Wasserauslaufes liegt - gibt 4 fache Geschwindigkeit = 7,2 m/s = vernachlässigbar.
    Mehr Luftvolumen korreliert nicht mit mehr Unterdruck, sondern mit weniger! De facto hebt der Unterdruck die Gewichtskraft der Wassersäule über der Unterkante des Luftrohres auf, d.h. wenn der Wasserspiegel dieses erreicht hat, weil schon so viel ausgeflossen ist, ist der Druck im Luftraum gleich dem Umgebungsluftdruck.

    Nicht vergessen werden darf, dass mit fast alle einfachen mechanischen Druckregler zwar geringe, aber nicht zu vernachlässigende Rückwirkungen vom Eingangs- auf den Ausgangsdruck haben, was beispielsweise beim Druckregler einer Schweissgasflasche praktisch völlig egal ist. Bei Tauchgeräten gibt es sog. balanzierte Druckregler, deren deutlich komplexerer Aufbau den vermeintlichen Vorteil bzw. die Notwendigkeit des präzise konstanten Ausgangs(-zwischen-)druckes unabhängig vom Flaschendruck (der während eines Tauchganges doch zwischen 200 bar und wenigen zig Bar schwankt - in unserem Fall haben wir mit 2 Bar zu tun) mehr als zweifelhaft erscheinen lässt.
    Eine andere Alternative wäre eine elektronische Regelung mit Drucksensor und einem PID-Regler, der ein analoges Drosselventil ansteuert ... aber willst du dir DAS wirklich antun?
    Ich bin da immer für SIB-Technik (Simple-Is-Best), denn kompliziert werden die Dinge von ganz allein.

    Mit fröhlichen Grüßen aus Wien

    Der Schwarze Peter

    P.S.: Es gibt nur noch ein klitzkleinwunziges Problemelchen - bin gespannt ob jemand draufkommt!
     
  7. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Hallo!

    @schwarzerpeter

    Danke für die Erklärung! Man lernt halt nicht aus, sondern immer nur dazu!

    Nun spanne uns mal nicht af die Folter! Wo liegt das Problemchen?
     
  8. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Das Befüllen des Behälters? Damit flutest du das Rohr und hast am Anfang kurz die vollen 2 Bar anstehen.

    Chris...
     
  9. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Vielen Dank vorerst einmal für die zahlreichen konstruktiven Rückmeldungen. Hätte ich mir ehrlich gesagt gar nicht erwartet wie ich mein Problem gepostet hab.

    @schwarzerpete
    Vielen Dank für deinen Lösungsansatz. Da ich das ganze von der theoretischen seite her betrachte werd ich wohl beide Lösungen als Ansatz anführen. Das mit einer PID Regelung hab ich mir auch schon kurz überlegt. Aber das würde wohl doch zu aufwendig für mein Problem werden. Deine SIB-Technik kann ich nur voll und ganz unterstützen :D

    Welches Problem hast du gemeint?

    beste Grüße (ebenfalls aus Wien)
    goegoe
     
  10. AW: Wie kann man Fließgeschwindigkeit in einem Rohr konstant halten?

    Liebe Techniker!
    Na, dann will ich euch betreffend das klitzekleinwunzige Problemelchen nicht auf die Folter spannen:
    Wenn man die Geschichte mit den Dimensionen baut, wie du angegeben hast (20 m hoch und z.B. Luftrohr bis 1 m über dem Bodenausfluß für P aus = 0,1 Bar) und den ersten Praxistest fährt, wirst man eine erstaunliche Abhängigkeit des Ausflußdruckes vom Wasserstand feststellen (siehe Diagramm). Zwischen 1 m Wasserstand (nona, vergrößern kann das Ding ja den Druck mit keiner Druckregelvorrichtung) und knapp über 10 m Wasserstand funzt der Apparat wie geplant, aber bei höheren Ständen steigt der Druck überproportional an bis er bei 20 m volle 2 Bar erreicht o_O ... und das bei LEEREM Luftrohr! (bei vollem sowieso, wie schon motmonti richtig festgestellt hat)

    Wie das?
    Kennst du ein Quecksilberbarometer? 1 m langes Glasrohr einseitig verschlossen und randvoll mit Quecksilber gefüllt mit dem Daumen zuhalten, umdrehen und das daumenverschlossene Ende in eine Schüssel mit Quecksilber tauchen. Daumen weg - was passiert? Die Oberkante der Quecksilbersäule sinkt auf (je nach aktuellem Luftdruck) ca. 760 mm Höhe über dem Spiegel in der Schüssel und darüber befindet sich ..... ein prächtiges Vakuum.
    ... und du hast halt ein Wasserbarometer gebaut: Der Wasserspiegel kann nur ca. 10 m über Auslassoberkante stehen - was höher steht läuft einfach aus und über der Wasseroberfläche steht ein Vakuum (abgesehen vom Dampfdruck des Wassers). Das ist auch der Grund, warum man nie durch Saugen Wasser höher als 10 m fördern kann; die besten saugenden (!) Brunnenpumpen nuckeln höchstens 8,5 m oder so.

    Was ist also zu tun, um die Konstruktion an die widrige Wirklichkeit anzupassen?
    Ganz einfach: Stell 2 gleichartige Behälter mit je 10 m Höhe übereinander und lass den oberen durch eine Rohrverbindung in den unteren pinkeln. ... und schon funktioniert´s im Sinne des Erfinders - da wird der Herr Professor schauen!

    Was mir an diesen SIB-Konstruktionen halt so gefällt, ist die einfache Tatsache, dass Bauteile, die man nicht einbaut, nicht kaputtgehen können.

    Mit fröhlichen Grüßen

    Der Schwarze Peter
     

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