Waterslag in metalen leidingen 2010/03.15

TC sanitaire en industriële loodgieterij, gasinstallatiesHet snel sluiten van een tapkraan kan soms aanleiding geven tot een klopverschijnsel in de installatie. In bepaalde gevallen - afhankelijk van de wijze waarop de betrokken waterleiding bevestigd werd - kan deze zelfs beginnen te ratelen. Dit verschijnsel, ook dikwijls aangeduid als waterslag, wordt veroorzaakt door het optreden van aanzienlijke drukschommelingen als gevolg van de plotse afremming van het water. Deze schommelingen zullen des te uitgesprokener zijn naarmate de watersnelheid (het debiet) groter is en de tapkraan sneller gesloten wordt.
Afbeelding 1
Afb. 1 Drukschommelingen in een 3,5 m lange leiding uit verzinkt staal (nominale diameter DN ½") met een debiet van 14,7 l/min.

Afbeelding 1 geeft een idee van de drukschommelingen die kunnen optreden in een 3,5 m lange leiding uit verzinkt staal (nominale diameter DN ½") met een debiet van 14,7 l/min die abrupt afgesloten wordt door middel van een kogelkraan. Hieruit blijkt dat de aanvankelijke netdruk van 2 bar plots stijgt tot 13,5 bar en vervolgens terugvalt tot onder de atmosferische druk. Dit verschijnsel herhaalt zich een aantal malen (met steeds afnemende amplitude) en duurt in totaal een goede 0,2 seconden.

Dergelijke drukschommelingen kunnen aanleiding geven tot aanzienlijke akoestische hinder en - in bepaalde extreme gevallen - zelfs tot een leidingbreuk. Daarnaast kunnen de trillingen die erdoor teweeggebracht worden gepaard gaan met een beschadiging van het beschermende oxidelaagje aan de binnenzijde van de waterleiding, met een verhoogd corrosierisico tot gevolg. Het is dan ook ten stelligste aanbevolen om het waterslagverschijnsel tot een minimum te beperken.

Daarom heeft het WTCB, op vraag van zijn Technisch Comité 'Sanitaire en industriële loodgieterij, Gasinstallaties', de doeltreffendheid van een aantal vaak toegepaste waterslagdempende maatregelen onderzocht (zie afbeelding 2) :
  1. de plaatsing van een waterslagdemper op het einde van de leiding, nabij de tapkraan
  2. het voorzien van een waterslagdemper aan het begin van de leiding
  3. het aanbrengen van twee waterslagdempers nabij de tapkraan
  4. de plaatsing van een soepele slang (60 cm) met een staaldraadommanteling vóór de tapkraan
  5. de plaatsing van een van 50 cm lange PEHD-buis stroomopwaarts van de tapkraan
  6. het aanbrengen van een veiligheidsgroep stroomopwaarts van de tapkraan
  7. de vervanging van een 3 m lang stuk van de stalen leiding door een PEHD-buis.
Afbeelding 2
Afb. 2 Effect van waterslagdempende maatregelen voor een waterleiding met een DN ½".

Afbeelding 2 geeft een overzicht van de resultaten die met vier van de hiervoor aangehaalde maatregelen (en bij verschillende debieten) bekomen werden op een waterleiding met een nominale diameter DN ½".

Uit deze grafiek kan men afleiden dat het aanbrengen van een soepele slang of een stuk PEHD-buis vóór de tapkraan weinig of geen effect heeft op de waterslag. De opgetekende drukwaarden zijn in dit geval immers vrijwel even groot als deze die behaald werden zonder de tussenplaatsing van deze voorzieningen. De plaatsing van een waterslagdemper nabij de tapkraan blijkt daarentegen wel zeer doeltreffend te zijn. De verbetering die opgetekend wordt bij toepassing van twee waterslagdempers is evenwel verwaarloosbaar.

In de lange versie van dit artikel wordt ook dieper ingegaan op de invloed van de andere aangehaalde waterslagdempende maatregelen :
  • plaatsing van een waterslagdemper op een grotere afstand van de tapkraan (minder doeltreffend)
  • aanbrengen van een veiligheidsgroep stroomopwaarts van de tapkraan (positief waterslagdempend effect)
  • vervanging van een lang stuk van de stalen leiding door een PEHD-buis (uitgesproken negatief effect).
Uit dit onderzoek kwam bijgevolg naar voren dat het met bepaalde oplossingen inderdaad mogelijk is het klopverschijnsel op bevredigende wijze te beperken, terwijl bepaalde andere oplossingen slechts een geringe invloed hebben op de waterslag of deze problematiek nog kunnen verergeren.


Volledig artikel


K. De Cuyper, ir., coördinator van de Technische Comités, WTCB