Verständnisfrage zur Hydraulik < Sonstiges < Ingenieurwiss. < Vorhilfe
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| Aufgabe | Bohrlochhydraulik: Es gibt ein Bohrloch durch den mittels Pumpe Flüssigkeiten gepumpt werden.
Wie groß sind die Drücke im Steigraum(hier wird reingepumt) und im Ringraum (dort drückt die Spülung hoch bis zu über Tage)?
Der Hydrostatische Druck, die Viskosität der Spülung sind vernachlässigbar. |
Hallo, ich habe eine Praxisfrage aus dem täglichen Leben.
Ich pumpe Spülung durch mein Bohrloch und habe an meiner Pumpe einen Druck angezeigt von 100 bar. Ist es korrekt, dass ich dann an jedem Punkt bis zur Bohrlochsohle die 100 bar anstehen habe ? Der Druck wenn die Spülung den Meißel verlässt wäre dann 0 korrekt?
Wenn das Bohrloch auf den anderen Seite offen ist, also die Spülung wieder zu Tage austritt hat die dann auch einen Druck von 0 bar?
Wenn ich das Bohrloch einseitig zumache und bis auf 100 bar aufpumpe und dann so stehen lasse, dann aheb ich doch in jedem Punkt im gesamten System 100 bar anstehen korrekt?
Vielen Dank im Voraus, euer Hannes
Ich habe diese Frage in keinem anderen Forum gestellt.
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Wenn deine Pumpe wirklich einen Druck von 100 bar aufbaut, kannst du einen Schlauch anschließen und damit theoretisch 1000 m hoch spritzen. Das ist doch eher unwahrscheinlich. Vielleicht steigt der Druck nur dann auf 100 bar, wenn man den Schlauch verschließen würde, und beim Öffnen sinkt der Druck sofort wieder. Spritz mal eine Fontäne nach oben und schätze die Höhe ab. 1 bar entspricht 10 m Fontänenhöhe.
Wenn du Wasser in dein Bohrloch pumpst und dieses nicht mit einer Fontäne, sondern mit einem Überlauf reagiert, ist der Druck oben im Wasser so hoch, als wenn du das (anschließend) überlaufende Wasser nur mit einer Kanne oben in das Brunnenloch schütten würdest, also fast 0. Der Unterschied besteht darin, dass du das "hereingeschüttete" Wasser über das Rohr nach unten umleitest, damit das gesamte und nicht nur das Oberflächenwasser in Bewegung gerät. Du brauchst aber einen Zusatztdruck für a) die Reibung des Wassers an der Rohr- und Brunnenwand und b) für die Bewegungsenergie, die das Wasser zum Fließen bekommen muss. Das sind aber auf keinen Fall 100 bar.
Realistisch wäre z.B.:
Pumpe 2 bar, Druck oben im Rohr 2 bar, in 10 m Brunnentiefe 2 bar (1 bar durch Reibung verloren, aber 1 bar hydrost. Tiefendruck dazu), oben 0,02 bar (1 bar hydrost. Druck weg, 0,98 durch Reibung an Brunnenwand verloren. Die 0,02 bar in Bodenhöhe heben das Wasser noch 20 cm höher, so dass es überfließt.
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> Wenn deine Pumpe wirklich einen Druck von 100 bar aufbaut,
> kannst du einen Schlauch anschließen und damit theoretisch
> 1000 m hoch spritzen. Das ist doch eher unwahrscheinlich.
> Vielleicht steigt der Druck nur dann auf 100 bar, wenn man
> den Schlauch verschließen würde, und beim Öffnen sinkt
> der Druck sofort wieder. Spritz mal eine Fontäne nach oben
> und schätze die Höhe ab. 1 bar entspricht 10 m
> Fontänenhöhe.
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> Wenn du Wasser in dein Bohrloch pumpst und dieses nicht mit
> einer Fontäne, sondern mit einem Überlauf reagiert, ist
> der Druck oben im Wasser so hoch, als wenn du das
> (anschließend) überlaufende Wasser nur mit einer Kanne
> oben in das Brunnenloch schütten würdest, also fast 0.
> Der Unterschied besteht darin, dass du das
> "hereingeschüttete" Wasser über das Rohr nach unten
> umleitest, damit das gesamte und nicht nur das
> Oberflächenwasser in Bewegung gerät. Du brauchst aber
> einen Zusatztdruck für a) die Reibung des Wassers an der
> Rohr- und Brunnenwand und b) für die Bewegungsenergie, die
> das Wasser zum Fließen bekommen muss. Das sind aber auf
> keinen Fall 100 bar.
>
> Realistisch wäre z.B.:
>
> Pumpe 2 bar, Druck oben im Rohr 2 bar, in 10 m Brunnentiefe
> 2 bar (1 bar durch Reibung verloren, aber 1 bar hydrost.
> Tiefendruck dazu), oben 0,02 bar (1 bar hydrost. Druck weg,
> 0,98 durch Reibung an Brunnenwand verloren. Die 0,02 bar in
> Bodenhöhe heben das Wasser noch 20 cm höher, so dass es
> überfließt.
Vielen Dank erstmal für die Antwort.
Also wir haben auf unseren Tiefenbohrungen regelmäßig Drücke von ~100 bar auf unserer Pumpe, da wir mit 2000 l/min in ein Bohrloch Pumpen was 2000-3000 Meter tief ist.
Jetzt ist mir noch nicht ganz klar geworden:
1) Solange die Spülung fließen kann habe ich im Steigraum, dort wo ich Spülung reinpumpe an jedem Punkt bis zur Bohrlochsohle die 100 bar anstehen? Wenn wir den Druck der Flüssigkeitssäule vernachlässigen.
2) An der Bohrlochsohle , also in 3000 m tiefe hätte ich dann einen Druck von 0 bar? Wenn wir den Druck der Flüssigkeitssäule vernachlässigen.
3) Wäre der Druck wenn die Spülung einmal rum ist am Ausfluss dann 0 bar?
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> > Wenn deine Pumpe wirklich einen Druck von 100 bar aufbaut,
> > kannst du einen Schlauch anschließen und damit theoretisch
> > 1000 m hoch spritzen. Das ist doch eher unwahrscheinlich.
> > Vielleicht steigt der Druck nur dann auf 100 bar, wenn man
> > den Schlauch verschließen würde, und beim Öffnen sinkt
> > der Druck sofort wieder. Spritz mal eine Fontäne nach oben
> > und schätze die Höhe ab. 1 bar entspricht 10 m
> > Fontänenhöhe.
> >
> > Wenn du Wasser in dein Bohrloch pumpst und dieses nicht mit
> > einer Fontäne, sondern mit einem Überlauf reagiert, ist
> > der Druck oben im Wasser so hoch, als wenn du das
> > (anschließend) überlaufende Wasser nur mit einer Kanne
> > oben in das Brunnenloch schütten würdest, also fast 0.
> > Der Unterschied besteht darin, dass du das
> > "hereingeschüttete" Wasser über das Rohr nach unten
> > umleitest, damit das gesamte und nicht nur das
> > Oberflächenwasser in Bewegung gerät. Du brauchst aber
> > einen Zusatztdruck für a) die Reibung des Wassers an der
> > Rohr- und Brunnenwand und b) für die Bewegungsenergie, die
> > das Wasser zum Fließen bekommen muss. Das sind aber auf
> > keinen Fall 100 bar.
> >
> > Realistisch wäre z.B.:
> >
> > Pumpe 2 bar, Druck oben im Rohr 2 bar, in 10 m Brunnentiefe
> > 2 bar (1 bar durch Reibung verloren, aber 1 bar hydrost.
> > Tiefendruck dazu), oben 0,02 bar (1 bar hydrost. Druck weg,
> > 0,98 durch Reibung an Brunnenwand verloren. Die 0,02 bar in
> > Bodenhöhe heben das Wasser noch 20 cm höher, so dass es
> > überfließt.
>
>
> Vielen Dank erstmal für die Antwort.
>
> Also wir haben auf unseren Tiefenbohrungen regelmäßig
> Drücke von ~100 bar auf unserer Pumpe, da wir mit 2000
> l/min in ein Bohrloch Pumpen was 2000-3000 Meter tief ist.
Teufel auch, ich hatte an ein Gartenbohrloch gedacht.
>
> Jetzt ist mir noch nicht ganz klar geworden:
>
> 1) Solange die Spülung fließen kann habe ich im
> Steigraum, dort wo ich Spülung reinpumpe an jedem Punkt
> bis zur Bohrlochsohle die 100 bar anstehen? Wenn wir den
> Druck der Flüssigkeitssäule vernachlässigen.
>
Nein.
Würde der Druck bis unten bleiben, würde er aus dem selben Grund dann auch wieder im Außenteil bis oben bleiben, und du bekämest oben auch 100 bar und somit die 1000 m hohe Fontäne.
> 2) An der Bohrlochsohle , also in 3000 m tiefe hätte ich
> dann einen Druck von 0 bar? Wenn wir den Druck der
> Flüssigkeitssäule vernachlässigen.
Nein.
Dann gäbe es für das dort befindliche Wasser keinen Grund, im Außenbereich nach oben zu steigen.
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> 3) Wäre der Druck wenn die Spülung einmal rum ist am
> Ausfluss dann 0 bar?
Fast.
Es ist genau auf dem Hochpunkt des heraussprudelnden Wassers 0 bar.
Die 100 bar werden dazu gebraucht, um die Geschwindigkeit des strömenden Wassers im Rohr und im Außenbereich gegen die Reibung mit den Wänden aufrecht zu erhalten.
Wenn du die Pumpe wegnähmest und in das Rohr 10 l Wasser schütten würdest, würde dieses - aber nur ganz langsam - absinken und dafür würden 10 l Wasser vom Brunnenrand aus überlaufen. Wegen der geringen Geschwindigkeit muss dann nicht viel Reibung überwunden werden, aber viel Wassermasse in Bewegung gesetzt werden. Das dauert.
Also: Zum Durchströmen bräuchtest du kaum Druck. Der sorgt aber dafür, dass die Reibung überwunden und die Wassermassen angetrieben werden.
Lassen wir den hydr. Druck weg. Die Reibung in einem Rohr ist umgekehrt proportional zum [mm] Radius^4. [/mm] Beispiel: Der Außenrand des Brunnens ist genau so glatt wie der Rohrrand (unrealistisch), der Brunnenradius doppelt so groß wie der Rohrradius. Dann haben wir einen Faktor [mm] 2^4=16, [/mm] die Reibung im Rohr wäre 16 mal so hoch wie die Reibung im Außenbereich. Dann würden durch die Reibung im Rohr 16/17 des Drucks, also ca. 94 bar aufgebraucht, unten wären nur noch ca. 6 bar, die das Wasser von unten hochdrücken würden, oben dann (fast) 0 bar.
Da die Reibung am Brunnenrand (Erde?) aber höher ist, sind die tatsächlichen Verhältnisse anders.
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