Veden outo lämpölaajeneminen ?

Niin, putki repeytyy veden jäätyessä, mutta jää on tulppana putkessa estäen vuotamisen. Kun sitten tulppa sulaa pois, alkaa putki vuotamaan, ei sen ihmeellisempää.

Ei rikkoudu. Piirrä kuva ja mieti. Putkessahan on keskellä vielä sulaa vettä jäätymisen aikaan. Jäätyvällä vedellä on tilaa laajeta keskelle päin.

Anonyymi kirjoitti:

Ei rikkoudu. Piirrä kuva ja mieti. Putkessahan on keskellä vielä sulaa vettä jäätymisen aikaan. Jäätyvällä vedellä on tilaa laajeta keskelle päin.

Niin kauan kuin putkessa virtaa vesi, se ei hajoa, mutta jos virtaus loppuu, niin jäätyminen voi halkaista putken ennen kuin koko putki on jäässä. Vesi ei puristu kokoon. Joka tapauksessa silloin kun putki menee umpijäähän, se halkeaa.

Anonyymi kirjoitti:

Niin kauan kuin putkessa virtaa vesi, se ei hajoa, mutta jos virtaus loppuu, niin jäätyminen voi halkaista putken ennen kuin koko putki on jäässä. Vesi ei puristu kokoon. Joka tapauksessa silloin kun putki menee umpijäähän, se halkeaa.

Lue lisää

Vesi puristuu kasaan ihan kuten kaikki muutkin nesteen ja kiinnteät aineet ja sillä on tilaa laajentua sulassa osaa pitkää putkea. Putkikin joustaa.

Piirrä kuva ja mieti hetki äläkä selitä typeryyksiä. Mikä enää jäätyy ja missä?

Jos pakkanen kiristyy, niin jää supistuu ja putkeen saattaa päästä hiukan lisää sulaa vettä. Putki hajoaa vasta jään lämmetessä.

Asia pulpahtaa aina silloin tällöin esiin.
Kaksi teoriaa ilmiölle on esitetty, siihen jäätymisen yhteydessä halkeamiseen ja havaitsemiseen vasta myöhemmin, ei ole juuri lisättävää.

Sen sijaan teoriaan jään lämpölaajenemisen vaikutukseen kertyy joitain ongelmia.

Aluksi teoria olettaa että jäätymisen jälkeen lämpötilan edelleen laskiessa jää kutistuu ja tila täyttyy vedellä, ja lämpötilan noustessa jään lämpölaajeneminen halkaisee putken.

1 mistä sulaa vettä hään sekaan ?

2. Jos jäätymisen jälkeen jää supistuu niin paljon, että putken ja jään väliin jää vapaata tilaa, niin putken jännitys on 0, ja jään lämpölaajeneminen (55*10^(-6)) yksin, ei riitä synnyttämään putkeen lähellekään murtolujuuden suuruista jännitystä.

No en ota kantaa kumpi on oikea vaihtoehto, kunhan spekuloin.

Anonyymi kirjoitti:

Asia pulpahtaa aina silloin tällöin esiin.
Kaksi teoriaa ilmiölle on esitetty, siihen jäätymisen yhteydessä halkeamiseen ja havaitsemiseen vasta myöhemmin, ei ole juuri lisättävää.

Sen sijaan teoriaan jään lämpölaajenemisen vaikutukseen kertyy joitain ongelmia.

Aluksi teoria olettaa että jäätymisen jälkeen lämpötilan edelleen laskiessa jää kutistuu ja tila täyttyy vedellä, ja lämpötilan noustessa jään lämpölaajeneminen halkaisee putken.

1 mistä sulaa vettä hään sekaan ?

2. Jos jäätymisen jälkeen jää supistuu niin paljon, että putken ja jään väliin jää vapaata tilaa, niin putken jännitys on 0, ja jään lämpölaajeneminen (55*10^(-6)) yksin, ei riitä synnyttämään putkeen lähellekään murtolujuuden suuruista jännitystä.

No en ota kantaa kumpi on oikea vaihtoehto, kunhan spekuloin.

Lue lisää

Niin, kohtaan 1 lisään vielä, että veden jäätyessä, sekä putkeen, että itse jäähän syntyy muodonmuutosta, kumpikaan ei ole täysin kokoon puristumatonta ja vapaan tilan syntyminen jäähän edellyttäisi useiden kymmenien asteiden lämpötilan alenemista, joten sulaa vettä ei kovin runsaasti paikalla lorise.

Jos järjestelmässä on toimiva takaiskuventtiili, alkaa tuhot heti jäätyessä. Virtaava vesi voi helpottaa, mutta usein nämä systeemit ovat vähintään tunteja käyttämättä.

Anonyymi kirjoitti:

Asia pulpahtaa aina silloin tällöin esiin.
Kaksi teoriaa ilmiölle on esitetty, siihen jäätymisen yhteydessä halkeamiseen ja havaitsemiseen vasta myöhemmin, ei ole juuri lisättävää.

Sen sijaan teoriaan jään lämpölaajenemisen vaikutukseen kertyy joitain ongelmia.

Aluksi teoria olettaa että jäätymisen jälkeen lämpötilan edelleen laskiessa jää kutistuu ja tila täyttyy vedellä, ja lämpötilan noustessa jään lämpölaajeneminen halkaisee putken.

1 mistä sulaa vettä hään sekaan ?

2. Jos jäätymisen jälkeen jää supistuu niin paljon, että putken ja jään väliin jää vapaata tilaa, niin putken jännitys on 0, ja jään lämpölaajeneminen (55*10^(-6)) yksin, ei riitä synnyttämään putkeen lähellekään murtolujuuden suuruista jännitystä.

No en ota kantaa kumpi on oikea vaihtoehto, kunhan spekuloin.

Lue lisää

Tähän yleisesti hyväksytty malli on se, että nopeasti jäätyvä vesi halkaisee hauraan putken heti jäätyessään ja hitaasti syntynyt jäätulppa halkaisee sitkeästä materiaalista tehdyn putken lämmetessään ja laajetessaan. Tosin sitkeästäkin putkesta tulee hauras, kun se on jäätynyt ja venynyt riittävän monta kertaa, jolloin materiaalin muovausvara on kokonaan tullut käytetyksi. Useimmissa tapauksissa vesivuoto alkaa kuitenkin vasta ilmojen lauhtuessa.

Jään lömpölaajenemiskerroin on (54 · 10⁻⁶) . Eihän kerroin tietenkään iso ole, mutta se on moninkertainen verrattuna kuparin (16,7 · 10⁻⁶) tai teräksen (10,5 · 10⁻⁶) kertoimiin, mikä aiheuttaa lämpötilan muuttuessa vetojännityksiä metallisiin putkenseinämiin. Veden ominaistilavuus on tunnetusti 1 L/kg, jään 1,09 L/kg, eli jäätyessään vesisäiliöt ja -putket pullistuvat.

Anonyymi kirjoitti:

Tähän yleisesti hyväksytty malli on se, että nopeasti jäätyvä vesi halkaisee hauraan putken heti jäätyessään ja hitaasti syntynyt jäätulppa halkaisee sitkeästä materiaalista tehdyn putken lämmetessään ja laajetessaan. Tosin sitkeästäkin putkesta tulee hauras, kun se on jäätynyt ja venynyt riittävän monta kertaa, jolloin materiaalin muovausvara on kokonaan tullut käytetyksi. Useimmissa tapauksissa vesivuoto alkaa kuitenkin vasta ilmojen lauhtuessa.

Jään lömpölaajenemiskerroin on (54 · 10⁻⁶) . Eihän kerroin tietenkään iso ole, mutta se on moninkertainen verrattuna kuparin (16,7 · 10⁻⁶) tai teräksen (10,5 · 10⁻⁶) kertoimiin, mikä aiheuttaa lämpötilan muuttuessa vetojännityksiä metallisiin putkenseinämiin. Veden ominaistilavuus on tunnetusti 1 L/kg, jään 1,09 L/kg, eli jäätyessään vesisäiliöt ja -putket pullistuvat.

Lue lisää

Kun vesi jäätyy, sen tilavuus vapaana ollessaan kasvaa 9 % noin 0 asteessa, ja kun lämpötila alenee, jään tilavuus pienenee edellä mainitun lämpölaajenemisen mukaan, ja kun lämpötila taas nousee, tilavuus palautuu samaksi kuin se oli jäätymishetkellä, eli jään lämpölaajeneminen ei lisää putken vaurioitumista.

Edelleen voidaan vertailla lämpölaajenemisen ja jäätymisen muutosten suuruutta ja vaikutusta ympäröivän, esim teräsputken jännityksiin.
40 asteen lämpötilan vaihtelu jään muutoksiin aiheuttaisi ympäröivään teräsputkeen n.2 MPa jännityksen muutoksen, ja jäätymisen 9 % tilavuuden muutos yli 6000 MPa, nämä teoreettisessa tapauksessa, jossa muuta muodonmuutosta ei huomioida, eli kuvaa lähinnä vuomien suhdetta, ja osoittanee, että vaihtokuormituksen osuus lämpötilan muuttuessa, ei varmuudella ole merkittävä.

Ps.
Vertaat toisiinsa pituuden ja tilavuuden lämpölaajenemiskertoimia toisiinsa, erehdyskö ?

Anonyymi kirjoitti:

Kun vesi jäätyy, sen tilavuus vapaana ollessaan kasvaa 9 % noin 0 asteessa, ja kun lämpötila alenee, jään tilavuus pienenee edellä mainitun lämpölaajenemisen mukaan, ja kun lämpötila taas nousee, tilavuus palautuu samaksi kuin se oli jäätymishetkellä, eli jään lämpölaajeneminen ei lisää putken vaurioitumista.

Edelleen voidaan vertailla lämpölaajenemisen ja jäätymisen muutosten suuruutta ja vaikutusta ympäröivän, esim teräsputken jännityksiin.
40 asteen lämpötilan vaihtelu jään muutoksiin aiheuttaisi ympäröivään teräsputkeen n.2 MPa jännityksen muutoksen, ja jäätymisen 9 % tilavuuden muutos yli 6000 MPa, nämä teoreettisessa tapauksessa, jossa muuta muodonmuutosta ei huomioida, eli kuvaa lähinnä vuomien suhdetta, ja osoittanee, että vaihtokuormituksen osuus lämpötilan muuttuessa, ei varmuudella ole merkittävä.

Ps.
Vertaat toisiinsa pituuden ja tilavuuden lämpölaajenemiskertoimia toisiinsa, erehdyskö ?

Lue lisää

Virtaava vesi jäätyy putkessa sen ulkoseinämästä lähtien ohuina kerroksina. Jäätymisen edetessä sen nopeus hidastuu, koska sekä putken jääkuori absorboi kylmyyttä että jääkuori muodostaa lisäeristekerroksen putken sisäpintaan. Lopputuloksena on kuitenkin kylmä jäätulppa, joka sulkee lopulta virtauksen.

Muodostumistapansa takia jäätulppa on lähes jännityksetön. Kun lämpötila jälleen kohoaa, tulppa ryhtyy laajenemaan. Kuten kertoimista havaitaan, jää laajenee merkittävästi enemmän kuin putken metalli, jolloin putkeen muodostuu vetojännityksiä, jotka voivat ylittää materiaalin myötörajan ja mahdollisesti jopa materiaalin murtorajan.

Tiedän kyllä pituuden ja tilavuuden laajenemiskerrointen eron sekä myös niiden välisen yhteyden, enkä niitä missään verrannut toisiinsa. Reaalitilanteessa sekä laajeneminen että jännitykset riippuvat rakenteen ja jäätymistapahtuman reunaehdoista ja todellinen vallitseva kerroin ei liene näistä kumpikaan.

Anonyymi kirjoitti:

Virtaava vesi jäätyy putkessa sen ulkoseinämästä lähtien ohuina kerroksina. Jäätymisen edetessä sen nopeus hidastuu, koska sekä putken jääkuori absorboi kylmyyttä että jääkuori muodostaa lisäeristekerroksen putken sisäpintaan. Lopputuloksena on kuitenkin kylmä jäätulppa, joka sulkee lopulta virtauksen.

Muodostumistapansa takia jäätulppa on lähes jännityksetön. Kun lämpötila jälleen kohoaa, tulppa ryhtyy laajenemaan. Kuten kertoimista havaitaan, jää laajenee merkittävästi enemmän kuin putken metalli, jolloin putkeen muodostuu vetojännityksiä, jotka voivat ylittää materiaalin myötörajan ja mahdollisesti jopa materiaalin murtorajan.

Tiedän kyllä pituuden ja tilavuuden laajenemiskerrointen eron sekä myös niiden välisen yhteyden, enkä niitä missään verrannut toisiinsa. Reaalitilanteessa sekä laajeneminen että jännitykset riippuvat rakenteen ja jäätymistapahtuman reunaehdoista ja todellinen vallitseva kerroin ei liene näistä kumpikaan.

Lue lisää

Hieman realismia mukaan.

Olettaen että jää laajenee ja supistuu lämpölaajenemisen vuoksi, niin ilman kuorena olevan putken venymistäkin 40 asteen muutos saa teräsputkeen (E=210 GPa) vetojännityksen 2 MPa, joka ei varmuudella riitä minkäänlaisen metallin myötörajaan, saati murtumiseen.

Totuus on joskus kovin karua mielikuvitelmien tappajana.

Anonyymi kirjoitti:

Hieman realismia mukaan.

Olettaen että jää laajenee ja supistuu lämpölaajenemisen vuoksi, niin ilman kuorena olevan putken venymistäkin 40 asteen muutos saa teräsputkeen (E=210 GPa) vetojännityksen 2 MPa, joka ei varmuudella riitä minkäänlaisen metallin myötörajaan, saati murtumiseen.

Totuus on joskus kovin karua mielikuvitelmien tappajana.

Lue lisää

Jotain tuollaista se taitaa olla.


Lähdetään tilanteesta lämpötila -35 C, jään tilavuuden laajenemiskerroin 150 *10^-6/K, ja teräksen 35, vapaana muodostuneen jään kokoonpuristuvuus 0.63 GPa.
Jätetään sulaminen ja putken rasitusvenymä huomiotta, niin 35 asteen muutos synnyttää putkeen paineen 2.6 MPa, kupariputkelle luonnollisesti vähemmän.

Lähtöarvoihin löytyy poikkeamia, mutta suuruusluokka kai selvinnee.