Berechnung des Wassersäulendrucks
Die wichtigsten Schlussfolgerungen
- 1. Erklären Sie, wie der Druck einer Wassersäule gemessen wird i
- 2. Stellen Sie eine einfache Messanleitung bereit.
Der Druck einer Wassersäule an einem bestimmten Ort hängt ausschließlich von der Höhe (oder Tiefe) des Wassers an diesem Ort ab.
Schauen wir uns unten einige Beispiele an.
Der Wasserturm mit einem Durchmesser von 6 Metern ist 30 Meter hoch und vollständig gefüllt. Der Wasserstand erreicht 30 Meter über dem Boden. Der Wassersäulendruck auf Bodenhöhe würde 30 Meter betragen. Der Druck der Wassersäule wird nicht von der Gesamtwassermenge beeinflusst, sondern nur von ihrer Höhe.
In der Nähe befinden sich zwei Steigleitungen mit jeweils einem Rohrdurchmesser von 5 cm und 10 cm und einer Höhe von 30 Metern. Beide Rohre sind mit Wasser gefüllt. Daher beträgt der Druck der Wassersäule auf Bodenhöhe 30 Meter. Bei der Berechnung des Wassersäulendrucks werden weder die Gesamtwassermenge noch der Rohrdurchmesser berücksichtigt.
Hier kommt es nur auf die Höhe und Tiefe der Rohre an.
Umfangreiches Rohrleitungssystem
Die Produktionsanlage verfügt über eine Dichtung an der Unterseite des komplexen Rohrleitungssystems. Die Anlage erstreckt sich über Hunderte von Metern in unterschiedlichen Höhen und verfügt über unterschiedliche Rohrdurchmesser.
Irgendwann ist die Anlage bis zu einer Höhe von 6 Metern über der Dichtung mit Wasser gefüllt. Der Druck der Wassersäule auf die Dichtung beträgt 6 Meter. Der Rohrdurchmesser und die seitliche Ausdehnung der Rohre haben keinen Einfluss auf den Wassersäulendruck. Auch die zweite Robbe, die sich 30 Meter entfernt in exakt derselben Tiefe befindet, weist einen Wassersäulendruck von 6 Metern auf.
Wichtig ist hier nur die Höhe des Wassers über der Dichtung.
Wenn es eine Dichtung gäbe, die zwei Rohrabschnitte in derselben Fabrik verbindet, und beide Rohrabschnitte mit Wasser gefüllt wären, wäre der Wassersäulendruck der DIFFERENZ zwischen der Wasserhöhe/-tiefe auf beiden Seiten. 6 Meter Wasser auf Seite 1 und 4,5 Meter Wasser auf Seite 2 würden einen Wasserdruck von 1,5 Metern ergeben, der von Seite 1 auf Seite 2 wirkt.
Der Druck von 4,5 Metern auf Seite 2 wirkt im Wesentlichen dem Druck von 6 Metern auf Seite 1 entgegen und gleicht ihn aus.
Schachtvergleich
Zwei Schächte, beide gleich tief (3,6 m tief) in (in diesem Beispiel) befinden sich auf Bodenniveau. Da Schacht 2 ein paar Blocks entfernt, aber etwas höher liegt, ist er 1,5 Meter höher als Schacht 1.
Wenn der Grundwasserspiegel in beiden Schächten die gleiche Tiefe hat, ist die Wassersäule im versiegelten Rohr am Boden von Schacht 2 1,5 Meter niedriger als in Schacht 1. Dies liegt daran, dass das Wasser in Schacht 2, gemessen vom Boden der Schächte, 1,5 Meter tiefer sinkt. Bitte beachten Sie, dass in diesem Beispiel die Rohre leer sind und der Wassersäulendruck dadurch entsteht, dass das Grundwasser gegen die Dichtung drückt.
Schauen wir uns nun noch einmal zwei identische Schächte mit einer Tiefe von jeweils 3,6 Metern an.
Bohrloch 1 befindet sich in Denver auf 1.615 Metern über dem Meeresspiegel und Bohrloch 2 in Minneapolis liegt auf 253 Metern über dem Meeresspiegel. Beide Scheiben sind bis zum Rand mit Wasser gefüllt. Der Wassersäulendruck im verschlossenen Rohr am Boden beider Schächte beträgt 3,6 Meter.
Die Höhe spielt hier keine Rolle. Die einzige relevante Information ist die Wassertiefe an jedem Standort.
Horizontale Bohrung
Jupiter Island, Florida, wird über Leitungen mit Strom versorgt, die in Rohren verlegt sind, die unter der interküstennahen Wasserstraße gebohrt wurden. Die Jupiterinsel liegt 4,5 m über dem Meeresspiegel, während das Festland 7 m über dem Meeresspiegel liegt.
Unabhängig von der Tiefe oder Form des Lochs oder den vorherrschenden Gezeiten befindet sich ein Seehund auf einer Insel in einer Höhe von 4,5 m über dem Meeresspiegel. Es gibt keinen Druck in der Wassersäule, da sich darüber kein Wasser befindet. Der Druck der Wassersäule hängt immer von der Wassertiefe an einem bestimmten Ort ab. Befindet sich das versiegelte Rohr jedoch bei Ebbe in einer Tiefe von 3 Metern, beträgt der Wassersäulendruck bei Ebbe 3 Meter.
Der Druck der Wassersäule steigt mit steigendem Wasserspiegel bei Flut.
Die Wassersäule ist die Höhe des Wassers
Die Wassersäule basiert ausschließlich auf der Höhe des Wassers im System. Eine Abdichtung kann vorgenommen werden, um das Eindringen von Wasser in das System zu verhindern oder um Wasser im System zu halten. In beiden Fällen ist der Druck auf die Dichtung vom Wasserstand abhängig.
Obwohl Systeme unterschiedlich komplex sind, ist die Berechnung des Wassersäulendrucks ein einfaches Konzept.
Trotz verfügbarer Informationen zum Wassersäulendruck wird er NICHT von den folgenden Faktoren beeinflusst:
- Gesamtwasservolumen
- Rohrdurchmesser
- Horizontale Rohrlänge
- Höhe des Systems über dem Meeresspiegel.
Die Beispiele in diesem Beitrag verdeutlichen, dass der Druck einer Wassersäule nur von der Höhe (oder Tiefe) des Wassers über einem bestimmten Ort abhängt und dass die Komplexität des Systems keine Rolle spielt. Wenn sich über der Dichtung kein Wasser befindet, herrscht auch kein Wassersäulendruck.