13 Jun 2006

Leidingweerstand

Categorie: Dagelijkse leven — lammert @ 10:03

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:

Wateropbrengst
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.

11 queries. 0.203 seconds.