Waterslag: ontstaan en gevolgen

ontstaat bij snelle veranderingen in een ()systeem, bijvoorbeeld als een klep snel opent of sluit, of als een pomp snel in- of uitschakelt. Door de traagheid van het stromende water in de leiding, de samendrukbaarheid van het water en de relatieve elasticiteit van de leiding kunnen dan kortstondig zeer hoge drukken ontstaan. Dit kan leiden tot een beschadigde of lekkende leiding en/of pomp. Een ander belangrijk verschijnsel is de onderdrukgolf. Hierdoor kan een onderdruk in de persleiding ontstaan die er samen met de mechanische belasting aan de buitenzijde van de leiding (gronddruk en verkeersbelasting) voor kan zorgen dat de leiding mechanisch bezwijkt.

Berekening voor enkelvoudige systemen

Voor enkelvoudige systemen (een enkele pomp die op een persleiding is aangesloten) moet u in detail naar de risico's op waterslag kijken als de sluit-/openingstijd of de in-/uitschakeltijd van een klep of pomp kleiner is dan de looptijd van een drukgolf in de persleiding:

Looptijd

L: lengte van de persleiding [m]
c: de snelheid van de drukgolf [m/s]

De waarde voor c bepaalt u door:

K: compressiemodulus van (afval)water (ongeveer 2,18 GPa bij 25 ^oC)

ρ: soortelijke dichtheid van (afval)water (ongeveer 1.000 kg/m³)

D: leiding diameter [m]

d: wanddikte van de leiding [m]

E: elasticiteitsmodulus van het materiaal waarvan de leiding is gemaakt [GPa].

Berekening extra druk door waterslag

De extra druk Δp [Pa] door waterslag kunt u in eerste benadering als volgt bepalen:

Drukpiek

ρ: soortelijke dichtheid van (afval)water [kg/m³]

c: de snelheid van de drukgolf [m/s]

v: de stroomsnelheid definitie Stroomsnelheid van het water voordat de klep/pomp opent/sluit [m/s]

De maximaal optredende druk in de leiding is dan de statische druk plus de maximale waarde van de dynamische druk plus de druk Dp als gevolg van waterslag. De minimaal optredende druk is gelijk aan de statische opvoerhoogte plus de minimale waarde van dynamische opvoerhoogte (eind van de leiding) minus de waarde voor Dp. Hieruit kan een waarde lager dan 1 atmosfeer volgen, ofwel het ontstaan van onderdruk in de leiding. Het optreden van onderdruk kan negatieve effecten hebben, zoals implosie van de leiding of het aanzuigen van lucht, wat in een later gebruikstadium voor capaciteitsproblemen kan zorgen.

Meer informatie vindt u in het CAPWAT-handboek Hydraulisch Ontwerp en Beheer Afvalwaterpersleidingen.

Waterslagberekeningen