ein Bekannter versucht (immer noch) einen Teich mit Wasser aus einen Bach zu befüllen. Zwischen Bach und Teich liegt leider ein Hügel.
Eigentlich kein Problem, man kennt ja das Prinzip der kommunizierenden Röhren. Auf der Bachseite wird mit einem Widder ein Behälter gefüllt. Der Behälter wird (über den Hügel) durch einen Schlauch mit dem Teich verbunden. Mit einer Pumpe wird der Schlauch voll mit Wasser gefüllt, die Pumpe wird abgestellt und das System läuft, d.h. der Teich bekommt Wasser.
Wenn der Wasserspiegel im Behälter auf das Niveau des Teiches absinkt, kommt das System zur Ruhe. Nach einer gewissen Zeit wird der Behälter wieder gefüllt, aber das System springt jetzt nicht mehr an. Der Schlauch ist nagelneu, ich schließe Porosität. Die Schlauchenden sind immer im Wasser, es gibt also keinen Luftzutritt über die Schlauchenden.
Einzige Erklärung: im Wasser sind Gasblasen, die langsam eine Luftblase bilden und dann ist das System der kommunizierenden Röhren gestört.
Mich interessieren jetzt die Druckverhältnisse im Schlauch im Bereich der Luftblase und wann genau und _warum_ das System nicht mehr anspringt (mit Berechnung). Meine eigene Rechnung bringt mich da nicht weiter.
Dann bist Du hier verkehrt. Hochgenaue Rechnungen auf viele Stellen und mit vielen Parametern aufgrund von Daten, von denen kaum die Größerordnung bekannt ist, sind das Gebiet der Wirtschaftswissenschaftler. In den Naturwissenschaften zählt im Zweifel das Experiment und dessen Ergebis liegt Dir ja vor.
Zeichnung, wozu? Habe ich irgend etwas nicht genau genug beschrieben?
Links Wasserbehälter, rechts Teich, gleiches Wasserniveau, dazwischen ein hochgeführter, wassergefüllter Schlauch, oben im Schlauch ist eine Luftblase.
Jetzt wird der Wasserbehälter aufgefüllt.
Für diesen Zustand interessieren mich die Druckverläufe im Schlauch, die mir erklären können, warum im Schlauch kein Wasser fließt.
"Ernst Sauer" schrieb im Newsbeitrag news:g0s8b1$nuh$01$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...
Hallo Ernst, im Wasser sind immer Gase bis praktisch zur Sättigung gelöst. Dein Schlauch hat aber in der Mitte den geringsten Druck, da hängen quasi die seitlichen wassersäulen dran. Daher ist der Druck dort niedriger. Das bedeutet, das bei Stillstand diese Gase ausgasen. Dann hast du deine Luftblase in der Mitte die für den Abriss der Verbindung sorgt. Da kann der Schlauch so dicht sein wie er will, die Luft ist halt im Wasser schon mit drin. Dagegen hilft nur das Laufenlassen der Verbindung.
Vielleicht ist es sogar sinnvoll die Schlauchenden in den beiden Behälter zwar unter Wasser, aber "nach oben" gucken zu lassen, damit auch evtl. gelöstes Gas im Wasser nicht so einfach in den Schlauch hinaufsteigen kann. Wenn man das hinbekäme, dann könnte man ja vielleicht mal rechnen, wieviel Gas sich überhaupt z. Zt. "x" im Schlauch befinden kann. Dann müßte die schwerere Säule halt soviel mehr "wiegen" können, wie dieses Luftvolumen als Wasser wiegen würde. (Ist schon spät, ich liege schon im Bett:-)) Kann Dein Kumpel nicht an den Teich 'nen Überlauf wieder zurück basteln, dann brauch er das System nicht unbedingt auszuschalten? Der Schlauch hat innen auch Unterdruck, falls ich das richtig verstanden habe, da löst sich die Luft im Wasser noch lieber.
Stelle Dir einen luftgefüllten, oben offenen Schlauch vor, der beide Teiche verbindet. In jedem Schlauchende steht das Wasser genau bis zum jeweilegen Außenpegel.
Nun saugt man an dem offenen Stutzen etwas Luft ab. Die Pegel in beiden Schlauchhälften steigen um die selbe Höhe. Also links steht das Wasser im Schlauch 30cm über dem linken Teichpegel und rechts steht das Wasser im Schlauch 30cm über dem rechten Teichpegel.
Das liegt daran, daß der Druck der Wassersäule plus dem Druck der verbliebenen Luft gerade den äußeren Luftdruck ergeben.
Man sauge weiter. Irgendwann ist die Wassersäule vom höheren Teich aus ganz oben angekommen.
Die beiden Säulen im Schlauch haben ihre maximalen Höhen erreicht, bevor es von alleine fließt. D.h. die Luftsäule im Schlauch darf keinen Höhenunterschied ausmachen, der größer oder gleich dem Pegelunterschied der Teiche ist.
Man sauge noch ein wenig weiter. Von der einen Seite kommt Wasser, von der anderen Luft. Luft und Wasser trennen sich im Ansaugstutzen. Man lasse nur das Wasser zurückfließen. Eine Teil des Wassers geht auf die niedrigere Seite, so daß dort die Wassersäule (unterbrochen durch Luft, aber in Summe) größer ist, als es der statische Unterdruck kompensiert. Das Wasser fließt zum niedrigen Pegel.
Wo kommt Deine Luft her? Die ist im Bachwasser gesättigt drin. Gesättigt war sie bei Normaldruck. Im Schlauchgipfel herrscht aber je Höhenmeter
0,1bar weniger Druck. Das muß dort Ausgasen. Das dauert im Minutenbereich. Solange es fließt, können sich die Mikrobläschen nicht zu einer Blase sammeln.
Wenn Du nur 20cm Höhenunterschied kompensieren willst, darf die Blase auch nur 20cm Höhenunterschied ausmachen. Bei einigen zig Meter Schlauchlänge ist das nicht unbedingt viel.
Mein Tipp: Am Gipfel eine Saugpumpe zum Blasen Entfernen.
Jetzt fällt mir noch was ein: Vielleicht ist das schon ausgegastes Wasser und gar keine Luft, was Dir da den Transport versaut. Wie hoch ist denn der Berg?
Mit einem Zusatzschlauch kannst Du aber den Pegelunterschied nicht vergrößern. Du müßtest höchstens den Pegelunterschied vergrößern und diesen dann mit einem Zusatzschlauch ausgleichen.
Im Normalbetrieb herrscht im Zusatzbehälter Unterdruck entsprechend der Wassersäulenhöhe über dem Auslauf im Tal. Im Wasser enthaltene ausgasende Luft sammelt sich im Zusatzbehälter. Solange sich darin noch Wasser befindet, ist alles in Ordnung, der Saugheber läuft (an, wenn man den Abfluß unten öffnet). Man muß aber den Zusatzbehälter gelegentlich entlüften - das kann zum Beispiel dadurch geschehen, daß der Hahn im Ablauf gelegentlich sehr rasch geschlossen wird. Die Trägheit des zufließenden Wasser im Zulauf sorgt dann dafür, daß, ähnlich wie beim "Widder", Wasser in den Zusatzbehälter eindringt. Wenn das Luftvolumen darin klein genug ist, dann wird es hinreichd stark komprimiert, daß sein Druck über den Atmosphärendruck ansteigt - das Rückschlagventil öffent sich, und Luft tritt aus. Das wird so lange wiederholt, bis aus dem Rückschlagventil Wasser austritt.
(Eine Alternative wäre natürlich, auch im Zulauf einen Absperrhahn vorzusehen, beide zu schließen, dann einen Deckel im Zusatzbehälter zu öffnen und einfach Wasser aufzugießen, bis keine Luft mehr enthalten ist.)
Evtl. könnte man auch die Luft aus dem Zusatzbehälter mit einer einfachen geschlossenen Wasserstrahlpumpe kontinuierlich absaugen, etwa so:
Normalerweise enthält der Zusatzbehälter keine Luft, der Hauptstrom geht dann durch den Zusatzbehälter hindurch. Wenn diese Strömung behindert ist, weil sich im Zusatzbehälter etwas Luft angesammelt hat, dann wird sie dadurch automatisch wieder entfernt, daß die turbulente Strömung aus der Düse Luft im Wasser löst und mitreißt, bis der Hauptstrom wieder voll einsetzt. Die Düse muß natürlich durch ein vorgeschaltetes Sieb, das gelegentlich gereinigt werden muß, vor Verstopfung durch Schmutzpartikel geschützt werden.
Das funktioniert natürlich nur, wenn das strömende Wasser noch Luft aufnehmen kann, also nicht gesättigt ist. Das kann man dadurch unterstützen, daß im Ansaugbereich eine Beruhigungszone vorgesehen wird, in der das Wasser ausgasen kann. Sie sollte zweckmäßigerweise möglichst warm (Sonnenbestrahlung) sein, weil warmes Wasser weniger Gase löst. Bevor es dann abgesaugt wird, sollte es durch eine Schlauchschlaufe laufen, die in kälterer Umgebung liegt, damit es wieder gekühlt wird. Da es dabei insgesamt nur um kleine Gasmengen geht, spielen evtl. auch kleine Temperaturunterschiede schon eine Rolle.
Oder man sieht eben eine manuell betätigte Saugpumpe vor, die unten am Auslauf angebracht wird, mit der der Heber wieder in Gang gebracht werden kann, wenn sich in dem Bogenscheitel oben (also ohne Zusatzbehälter) Luft angesammelt hat: Ablauf unten verschließen, dann am geschlossenen Ablauf Wasser absaugen - dadurch steigt dann im Zulauf der Wasserspiegel so lange an, bis Wasser in den Ablauf überläuft. Sobald die Strömungsgeschwindigkeit größer wird als die entgegengesetzte Aufstiegsgeschwindigkeit der Luftblasen im Schlauch (wofür der einen nicht zu großen Querschnitt haben sollte) läuft der Heber dann wieder automatisch: Der Druck im Ablauf steigt unten über den Atmosphärendruck an, der Auslauf kann wieder geöffnet und die Saugpumpe abgestellt werden, das strömende Wasser spült dann die Luft allmählich vollständig aus dem Heber heraus.
Nein. Die Länge ist nicht wichtig. Der Höhenunterschied in der Luftblase macht es aus. Wenn oben der Schlauch waagerecht verläuft und Luft enthält, startet der Fluß, aber sobald die Luft in die Schräge geht und in der fallenden Wassersäule die Höhendifferenz verloren geht ist es wieder vorbei.
Einen fast leeren Eimer unter den Schlauch halten und diesen dann nieder drücken. Dadurch sinkt der Pegel des Umgebungsdruckes tatsächlich. Dummerweise dürfte der Eimer schnell vom Schlauchinhalt aufgefüllt werden.
Das ist wohl der eintscheidende Punkt, die Anlage wie vorhanden hat vermutlich keine groß genügende Strömungsgeswchwindigkeit, um die Blasen nach unten abzusaugen. Also müsste man irgendwo irgendwie was ändern, so dass Blasen, wenn sie sich schon bilden, mit der Strömung weggespült werden. Ich stimme dir da nicht zu, dass ein dünner Schlauch da hilfreich ist. Denn in einem dünnen Schlauch ist die Strömungsgeschwindigkeit auch kleiner, Durchmesser^2 IMO.
[Kleine eigene Erfahrung am Rand: Habe ähnliches mal versucht mit einem Panzerrohr, also diese Plastikschäuche, in die man Kabel verlegt. Die sind ja geriffelt. Geht ganz schlecht. In den Rillen bleiben Luftblasen drin, und vorallem können sich dort die Blasen zu so großen Blasen ansammeln, dass die Strömung sie irgendwann nicht mehr mitreißen kann (große Blasen steigen schneller auf als kleine). Ergo: Verbindungsstücke, Duchmesserunterschiede, .... vermeiden, alles vermeiden, wo sich Luftblasen festsetzen könnten]
Eher würde ich zum größeren Schlauchdurchmesser tendieren, weil eine größere Strömungsgeschwindigkeit.
Und ich denke, man sollte den Schlauch ab dem höchsten Punkt wenn möglich mit konstantem Gefälle fallen lassen. Je flacher desto besser, weil je steiler der Schlauch hinunter führt, desto schneller können Blasen darin aufsteigen.
(Hagen-Poiseuille geht mit der vierten Potenz des Durchmessers.)
Zugleich entsprechend höhere Förderleistung, s. H.-P.
Ich denke, man sollte den Schlauch so kurz wie möglich machen, weil das den Gesamtwiderstand ebenfalls reduziert und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Beim OP kam wohl noch ein Widder vor
- der schreit natürlich förmlich nach einem Wasserturm bzw. Windkessel, und sei es auch nur, um eine "Startmenge" zur Verfügung zu haben, um damit den Heber "anzuschubsen", dann kann man das Ansaugen einsparen. Ein Bach kam auch noch vor - bei geeigneter Topographie kann man dann einfach einen längeren Schlauch stromaufwärts in das Bachbett einlegen und gewinnt mit der Höhe Druck.
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