Hevel

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schema van een hevel

Een hevel of sifon is een middel om een vloeistof uit een vat te pompen. Hiervoor wordt een slang of buis gebruikt waarvan de ingang ondergedompeld is in de te pompen vloeistof en de uitgang lager is gepositioneerd dan het vloeistofniveau in het vat. Wanneer de vloeistof naar een ander vat stroomt, dan geldt dat het vloeistofniveau in het doelvat niet hoger mag zijn dan het vloeistofniveau in het bronvat.

De hevel moet eerst geactiveerd worden voordat deze gaat werken. Hiertoe wordt de te gebruiken slang eerst gevuld met de te pompen vloeistof. Dit kan door de luchtdruk aan het uiteinde van de slang weg te nemen (bijvoorbeeld door de lucht uit de slang te zuigen), door de slang tijdelijk in zijn geheel onder het vloeistofniveau in het vat te brengen, of door het vloeistofniveau in het vat tijdelijk te verhogen tot boven het hoogste punt van de hevel.

Wanneer in werking stroomt de vloeistof zonder hulp van bewegende onderdelen het vat uit. De arbeid die hiervoor nodig is, wordt geleverd door de zwaartekracht. Maar om een hevel te laten functioneren is ook luchtdruk nodig. De luchtdruk zorgt ervoor dat de vloeistof eerst omhoog gedrukt wordt, waarna de zwaartekracht ervoor zorgt dat de vloeistof er aan de andere kant weer uit komt.

Voorbeelden[bewerken]

Voorbeelden van gebruik:

  • het overhevelen van benzine uit de tank van een auto.
  • het leegmaken van een kinderbadje met een tuinslang
  • het leeg laten stromen van een centrale verwarming in jerrycans zonder de jerrycan onder de verwarming te plaatsen.
  • het legen van een waterbed door middel van een tuinslang richting het afvoerputje van de douche.
  • een zwanenhals bevat ook een hevel. Onderin de zwanenhals zit een beetje water dat de afvoer afsluit. Wanneer er water vanuit de afvoer in komt, stroomt het via de hevel weg.

Natuurkundige principes[bewerken]

Siphon principles

De drijvende kracht achter de hevel is een drukverschil dat aanwezig is in de slang met vloeistof en de buitenlucht. Dit drukverschil ontstaat doordat de vloeistofdruk toeneemt met de diepte in het vat onder invloed van de zwaartekracht (zie hydrostatische druk).

 p = p_0 - \varrho g h

Hier is p_0 gelijk aan de luchtdruk en  \varrho g h gelijk aan de vloeistofdruk op hoogte h ten opzichte van het vloeistofoppervlak. h is negatief als deze lager ligt dan het vloeistofoppervlak - in het vat, en positief als deze hoger ligt dan het vat - in de hevel.

In de slang is de vloeistofdruk dus lager dan de luchtdruk. De vloeistof in de slang heft de luchtdruk deels op. De buitenlucht duwt de vloeistof de slang in, terwijl de vloeistof door de zwaartekracht naar beneden terug duwt. De vloeistof houdt als het ware de buitenlucht tegen.

Wanneer de slang volledig gevuld is met vloeistof en volledig is afgesloten (ook aan het uiteinde), kan je dus op elk punt in de slang volgens deze formule een druk bepalen. Wanneer je de slang omhoog of omlaag beweegt, verandert dus de druk in de slang, maar alleen op plekken waar de hoogte verandert. Als je het uiteinde op dezelfde plek houdt, maar de hoogte van het midden varieert, dan heeft dat geen invloed op de druk in het uiteinde van de slang.

Zodra je het uiteinde van de slang opent, komt deze in contact met de buitenlucht. Er ontstaat een drukverschil tussen het uiteinde van de slang en de buitenlucht.

uiteinde slang

 p = p_0 - \varrho g h

versus luchtdruk

p_0

Dit drukverschil bepaalt welke richting de vloeistof op zal stromen. Als de druk in de slangopening hoger is dan de luchtdruk, dan zal er vloeistof de slang uit stromen. Uit de formule is af te leiden dat dit alleen geldt wanneer het uiteinde van de slang lager ligt dan het vloeistofniveau in het vat.

Uit bovenstaande bevinding zou geconcludeerd kunnen worden dat het niet uitmaakt hoe hoog de luchtdruk is. Toch zou een hevel zonder luchtdruk niet kunnen werken. De luchtdruk zorgt voor een kracht die de vloeistof omhoog de slang in duwt. Om dezelfde reden kan een hevel ook niet te hoog zijn. Wanneer de hevel te hoog is, kan de luchtdruk de vloeistof niet hoog genoeg de buis in duwen. De druk zou volgens de formule negatief worden en dat is onmogelijk. Zo kan een waterhevel nooit hoger zijn dan 9,8 meter en een kwikhevel nooit hoger dan 76 centimeter.

Als het uiteinde van de slang zich bevindt in een ander vat met vloeistof, dan oefent de vloeistof in het andere vat ook een druk uit op de slang. In de praktijk betekent dit dat er alleen vloeistof stroomt wanneer het vloeistofniveau in het doelvat lager is dan het vloeistofniveau in het bronvat. Als de niveaus gelijk zijn, stopt de stroming. Wanneer het ontvangende vat omhoog bewogen wordt, is het mogelijk dat de vloeistof weer terug stroomt naar het oorspronkelijke vat.

Voorwaarden[bewerken]

Zodra de hevel werkt, blijft deze werken zolang wordt voldaan aan onderstaande voorwaarden:

  • De vloeistofkolom is niet te hoog, zodat de luchtdruk het hoogteverschil kan overbruggen.
  • De uitstroomkant (het uiteinde van de slang of het vloeistofniveau van het ontvangende vat) bevindt zich op een lagere hoogte dan de instroomuiteinde (het vloeistofniveau van het leverende vat).
  • De luchtdruk in het ontvangende vat loopt niet op tijdens het hevelen of de luchtdruk in het leverende vat neemt niet af. In de praktijk: de vloeistof staat in beide vaten in contact met de buitenlucht.
  • De hevel moet geheel met vloeistof gevuld zijn. Luchtbellen zorgen voor een storend effect in de werking van de hevel. Bij te veel lucht in de slang is het niet meer mogelijk te hevelen.
  • Vereist is dat de buis of slang luchtdicht is en de te pompen vloeistof geen gassen bevat die onder een zeker vacuüm gasbellen gaan vormen. Wanneer er bovenin de slang een gat zit dan wordt de benodigde onderdruk op die plaats verstoord.
  • Er mag geen lucht vanuit het uiteinde de hevel in kunnen stromen. Een hevel die te wijd is, kan de hevelfunctie verliezen als er lucht via het uiteinde van de slang bovenin kan komen.

Zie ook[bewerken]