Puzzel Puzzels
Forumregels
(Middelbare) school-achtige vragen naar het forum "Huiswerk en Practica" a.u.b.
Zie eerst de Huiswerkbijsluiter
tikra
Artikelen: 0
Berichten: 15
Lid geworden op: zo 22 nov 2015, 13:00

verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Hallo kanjers,

ik ben leergierig hoe ik het risico in kaart kan brengen (of het uitblijven hiervan) in de volgende situatie:
N2 Generator (werkdruk 8 bar) produceerd 2Nm3/uur met een aangesloten buffervat voor 98% N2 onder 4bar.

hoe bereken ik het effect op de luchtsamenstelling in een ruimte van 3x3x3 meter als het vat lekt.
N2 verdrijft zuurstof ... maar hoeveel als de 150 ltr./ 4 bar ~ 600 ltr. omgevingsdruk (om het eenvoudig te houden).

mijn schatting was +/- 3% zuurstof word verdreven ... maar hoe bereken ik dat?
anname is een ruimte waar geen ventilatie aanwezig is, maar wel een deur en een afgehangen plafond (dus de ruimte is groter ;)) .. maar het gaat mij om de berekening van de samenstelling van de lucht als het N2 uit het vat lekt.

kan mij iemand helpen ;)

ads

Steun Sciencetalk bol cadeaukaart - 15 euro - HiepHiep

bol cadeaukaart - 15 euro - HiepHiep

Bekijk product

Steun Sciencetalk Nuvance SD Kaart Lezer - SD Kaartlezer USB C - Card Reader - Incl. Usb & 8-Pin Converters - Geheugenkaartlezer Micro SD - Zwart

Nuvance SD Kaart Lezer - SD Kaartlezer USB C - Card Reader - Incl. Usb & 8-Pin Converters - Geheugenkaartlezer Micro SD - Zwart

Bekijk product

Steun Sciencetalk bol cadeaukaart - 10 euro - Bedankt!

bol cadeaukaart - 10 euro - Bedankt!

Bekijk product

Gebruikersavatar
Xilvo
Artikelen: 0
Berichten: 11.884
Lid geworden op: vr 30 mar 2018, 16:51

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Je kunt aannemen dat die 600 liter stikstof 600 liter lucht, met daarin zuurstof, verdrijft.
Van de oorspronkelijke lucht heb je dan nog 100 % * 26400 / 27000 = 97,78 % over. Je raakt dus ruim 2,2% van je zuurstof kwijt.

Je kunt het, bij een langdurig klein lek ook wat netter berekenen door mee te nemen dat door het lek het zuurstofgehalte daalt en dus de weglekkende "lucht" relatief steeds minder zuurstof bevat. Bij jouw gegeven waardes maakt dat nauwelijks uit.
Scispace Scispace

Scispace is dé ai voor wetenschappers en onderzoekers. Ga naar SciSpace en profiteer van één van de beste ai's.

Scispace

tikra
Artikelen: 0
Berichten: 15
Lid geworden op: zo 22 nov 2015, 13:00

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Dank u. is het dan 2,2% van de 20,8% zuurstof (resterend 20,34%) of is het dan 20,8% - 2,2% dus 18,6% resterend.
Het effect is groter / significanter als de installatie blijft draaien en 2Nm3/uur 98% N2 de ruimte in blaast ...
Gebruikersavatar
OOOVincentOOO
Artikelen: 0
Berichten: 1.946
Lid geworden op: ma 29 dec 2014, 14:34

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Toevallig een soortgelijk thema gehad bij mij op het werk. Echter toen niet verder uitgezocht door mij.

Maar ik heb wat verder gestudeerd. Zoeken onder de term: "Oxygen Depletion" eventueel met "confined spaces" erbij. Hiertoe kom ik tot het onderstaande. Graag jullie inzicht.

Formule volgens verschillende bronnen (1, 2, 3, 4):
$$O_2=100\%*0.2095*\frac{V_R-V_G}{V_R} ~~[\%]$$
Met: \(\small V_R\) volume ruimte en \(\small V_G\) volume lekgas \(\small N_2\) bijvoorbeeld. \(\small 0.2095\) is verhouding \(\small O_2\) in normale atmosfeer betreffende ruimte. Dus met jouw gegevens kom ik uit op:
$$O_2=100*0.2095*\frac{27000-600}{27000}=20.48 ~[\%]$$
Met als uitleg (oa. 4):
  • Calculate the volume (Vr m3) of the confined space.
  • Calculate the volume of available oxygen (Vo m3) as 0.2095*(Vr-Vg).
  • Calculate the % oxygen available to breathe as 100*Vo/Vr.

Hier belangrijke richtlijnen mbt veiligheid:
The-effects-of-Oxygen-Deficiency
Bron: https://www.oxigraf.com/technical-support/

Volgens Arportaal is minimale zuurstof niveau: 18 vol. % \(\small O_2\) (zie: Arbo portaal).


Vraag van mijzelf.
Stel ik heb lekflow \(\small N_2\) [Nl/min] van \(\small \phi_{N_2}\) en een verversing verse (Fresh) lucht inbreng (toegevoegd aan circulatie) van \(\small \phi_{F} \) kan ik de formule dan aanpassen tot het volgende:
$$O_2=100\%*0.2095*\frac{V_R+ \phi_{F} \cdot t - \phi_{N_2} \cdot t}{V_R+ \phi_{F}\cdot t} ~~[\%]$$
Indien ik de limitet neem voor \(t \to \infty\) krijg ik dit:
$$O_{2 ~(t \to \infty)}=100\%*0.2095*\frac{ \phi_{F} - \phi_{N_2}}{ \phi_{F}} ~~[\%]$$
Klopt dit? Dit is hoe ik het thema begrijip.
Gebruikersavatar
Xilvo
Artikelen: 0
Berichten: 11.884
Lid geworden op: vr 30 mar 2018, 16:51

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

tikra schreef: wo 13 jul 2022, 14:44 Dank u. is het dan 2,2% van de 20,8% zuurstof (resterend 20,34%) of is het dan 20,8% - 2,2% dus 18,6% resterend.
Het effect is groter / significanter als de installatie blijft draaien en 2Nm3/uur 98% N2 de ruimte in blaast ...
Het eerste, dus je houdt nog 20,34% over.
Gebruikersavatar
Xilvo
Artikelen: 0
Berichten: 11.884
Lid geworden op: vr 30 mar 2018, 16:51

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

OOOVincentOOO schreef: wo 13 jul 2022, 21:16
Vraag van mijzelf.
Stel ik heb lekflow \(\small N_2\) [Nl/min] van \(\small \phi_{N_2}\) en een verversing verse (Fresh) lucht inbreng (toegevoegd aan circulatie) van \(\small \phi_{F} \) kan ik de formule dan aanpassen tot het volgende:
$$O_2=100\%*0.2095*\frac{V_R+ \phi_{F} \cdot t - \phi_{N_2} \cdot t}{V_R+ \phi_{F}\cdot t} ~~[\%]$$
Indien ik de limitet neem voor \(t \to \infty\) krijg ik dit:
$$O_{2 ~(t \to \infty)}=100\%*0.2095*\frac{ \phi_{F} - \phi_{N_2}}{ \phi_{F}} ~~[\%]$$
Klopt dit? Dit is hoe ik het thema begrijip.
De eindconcentratie zuurstof wordt $$O_{2 ~(t \to \infty)}=100\%*0.2095*\frac{ \phi_{F} }{ \phi_{F}+\phi_{N_2}} ~~[\%]$$

Als het gas in de ruimte goed gemengd wordt kruip je met een e-macht van de beginwaarde naar de eindwaarde, zoals je steeds ziet bij dit soort processen.
Gebruikersavatar
OOOVincentOOO
Artikelen: 0
Berichten: 1.946
Lid geworden op: ma 29 dec 2014, 14:34

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

@Xilvo,

Jouw formule is goede lijkt me. Indien flow vers \(\small \phi_{F} \) en \(\small N_2\) lekflow \(\small \phi_{N_2}\) gelijk tijn dan krijg je uit eindelijk: \(\small 50 \%\) van de de startwaarde \(\small O_2\). Dat had ikzelf ook kunnen zien aan mijn poging!

Zou je misschien kort kunnen toelichten hoe je de formule afleid? Niet mijn specialiteit.
Gebruikersavatar
Xilvo
Artikelen: 0
Berichten: 11.884
Lid geworden op: vr 30 mar 2018, 16:51

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

OOOVincentOOO schreef: do 14 jul 2022, 11:02 @Xilvo,

Jouw formule is goede lijkt me. Indien flow vers \(\small \phi_{F} \) en \(\small N_2\) lekflow \(\small \phi_{N_2}\) gelijk tijn dan krijg je uit eindelijk: \(\small 50 \%\) van de de startwaarde \(\small O_2\). Dat had ikzelf ook kunnen zien aan mijn poging!

Zou je misschien kort kunnen toelichten hoe je de formule afleid? Niet mijn specialiteit.
Als je een ruimte vult met a mol van gas A en b mol van gas B, dan krijg je een gas met molfractie \(\frac{a}{a+b}\) van gas A en molfractie \(\frac{b}{a+b}\) aan gas B.
Als je twee gasstromen met molstromen \(\phi_a\) en \(\phi_b\) een ruimte inblaast waarbij een even grote totale molstromen weer uit de ruimte wegstroomt krijg je na verloop van (oneindige) tijd molfractie \(\frac{\phi_a}{\phi_a+\phi_b}\) van gas A, net zo voor gas B.

Je kunt een formule vaak snel controleren door er extreme waardes in te vullen, zoals bij jouw formule \(\phi_F=0\) of \(\phi_{N_2}=0\). Als je dan onmogelijke uitkomsten krijgt (zoals een negatieve concentratie), dan weet je dat er iets mis is.
Gebruikersavatar
OOOVincentOOO
Artikelen: 0
Berichten: 1.946
Lid geworden op: ma 29 dec 2014, 14:34

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Dankjewel voor de uitleg!
tikra
Artikelen: 0
Berichten: 15
Lid geworden op: zo 22 nov 2015, 13:00

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

bedankt voor de uitleg ...

ads

Steun Sciencetalk Screenprotector - 2 stuks - Geschikt voor iPhone 16 Tempered Glass - Extra Sterk – beschermglas

Screenprotector - 2 stuks - Geschikt voor iPhone 16 Tempered Glass - Extra Sterk – beschermglas

Bekijk product

Steun Sciencetalk Libelle Marjolein Bastin Agenda 2026 - één jaar lang genieten - Incl. handige ringband, elastiek en 8 ansichtkaarten

Libelle Marjolein Bastin Agenda 2026 - één jaar lang genieten - Incl. handige ringband, elastiek en 8 ansichtkaarten

Bekijk product

Steun Sciencetalk Systemyze Weekplanner Whiteboard – Magnetisch Planbord – Magnetische Maandplanner – Inclusief Markers & Wisser – A3 Formaat

Systemyze Weekplanner Whiteboard – Magnetisch Planbord – Magnetische Maandplanner – Inclusief Markers & Wisser – A3 Formaat

Bekijk product

Gebruikersavatar
Marko
Moderator
Artikelen: 0
Berichten: 10.661
Lid geworden op: vr 03 nov 2006, 23:08

Re: verandering samenstellling Lucht bij N2 lekkage

Ik wil hier graag wel aan toevoegen dat het om het risico in kaart te brengen absoluut niet voldoende is om (alleen) naar dat buffervat te kijken.

Als je 2 Nm3 per uur produceert dan heeft een lek tussen generator en buffervat al na 20 minuten een groter effect dan het eventuele leeglopen van dat vat. Als zo'n lek enkele uren onopgemerkt blijft en er inderdaad geen ventilatie is (of als deze is uitgevallen) dan is het zuurstofniveau in de ruimte al gevaarlijk laag. Dan hangt het van de verdere situatie af hoe groot dat probleem daadwerlijk gaat zijn.

Maar in alle gevallen zou ik in een dergelijk kleine ruimte, als daar om het even welk gas wordt geproduceerd, altijd een zuurstofsensor ophangen. Waarschijnlijk heb je hem nooit nodig, maar beter mee verlegen dan om verlegen.
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Plaats een reactie

Je mail wordt niet openbaar getoond. Het wordt enkel gebruik voor contact of notificatie vanuit het beheer.

🗨️ Wat vind jij? Stel direct je vraag of geef je mening – zonder registratie. Je reactie zet het topic weer bovenaan bij 'Laatste posts' en trekt snel nieuwe reacties aan🔥. Mocht je als vaste bezoeker willen reageren, dan kun je je ook registreren.

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vragen te beantwoorden.

Noor heeft 10 knikkers. Ze verliest er 4 in het gras. Hoeveel heeft ze er nog?

Antwoord: (vul een getal in)

Er zitten 5 vogels op een hek. Twee vliegen weg. Hoeveel blijven er zitten?

Antwoord: (vul een getal in)

Terug naar “⚗️ Scheikunde”

Sciencetalk: Leer, deel of groei. Volg of geef een cursus op Sciencetalk!