Pijpvolume Calculator - Bereken Cilindrische Pijpcapaciteit

Wat is een calculator voor het volume van een buis?

Een calculator voor het volume van een buis berekent hoeveel ruimte zich in een cilindrische buis bevindt. De calculator gebruikt de binnendiameter en de lengte van de buis om het volume in kubieke eenheden te bepalen. Zo wordt duidelijk hoeveel water, gas of een andere vloeistof de buis kan bevatten.

Deze calculator gebruiken

De calculator heeft twee velden: de binnendiameter van de buis en de lengte ervan. Er wordt niet naar een eenheid gevraagd. Beide getallen moeten dezelfde eenheid hebben en het antwoord wordt gegeven in de overeenkomstige kubieke eenheid. Als de diameter en de lengte beide in inches worden ingevoerd, is het resultaat in kubieke inches; als beide in meters worden ingevoerd, is het resultaat in kubieke meters.

Onder het antwoord toont de calculator de twee berekeningsstappen, afgerond op twee decimalen : de straal die uit de diameter is afgeleid en het volume dat met die straal is berekend. Een diameter of lengte van nul of minder wordt afgewezen en het resultaat blijft leeg totdat beide getallen groter dan nul zijn.

De tool tekent de buis ook. Die tekening is schematisch en niet op schaal. Ze past altijd in dezelfde rechthoek van 300 bij 200 en heeft een minimale afmeting, zodat een zeer lange, dunne buis toch als een zichtbare buis wordt weergegeven in plaats van als een flinterdunne lijn.

Voorbeeld met de standaardwaarden van de calculator

De calculator opent met een diameter van 10 en een lengte van 20.

• Straal = 10 ÷ 2 = 5,00
• Volume = π × 5,00² × 20 = π × 500 ≈ 1.570,80 kubieke eenheden

Als de diameter wordt gewijzigd in 5 en de lengte in 10, wordt het antwoord π × 2,5² × 10 ≈ 196,35 kubieke eenheden.

Formule voor het volume van een buis

Een buis is een cilinder, dus het volume volgt de standaardformule voor een cilinder:

$V = \pi \times r^2 \times h$

• $V$ is het volume, in kubieke eenheden
• $\pi$ (pi) is ongeveer 3,14159
• $r$ is de straal van de buis (de helft van de diameter)
• $h$ is de lengte van de buis

Buismaten worden gewoonlijk als diameter en niet als straal opgegeven, dus de formule wordt vaak als volgt geschreven:

$V = \pi \times \left(\frac{d}{2}\right)^2 \times h$

Hier is $d$ de diameter. Deze formule geeft het volume binnen in de buis, de ruimte waar de vloeistof daadwerkelijk doorheen stroomt. De formule werkt alleen voor ronde buizen met over de gehele lengte een constante diameter.

Twee zaken leiden vaak tot fouten. Ten eerste hebben echte buizen een wanddikte, waardoor de buitendiameter groter is dan de binnendiameter. Gebruik voor de vloeistofcapaciteit altijd de binnendiameter (ID). Een buis die wordt verkocht als een stalen buis van "4 inches schedule 40" heeft een werkelijke binnendiameter van ongeveer 4,026 inch (10,2 cm), niet precies 4 inch (10 cm). Ten tweede moeten diameter en lengte vóór de vermenigvuldiging dezelfde eenheid hebben. Staat de diameter in inches, zet de lengte dan eerst om van voet naar inches (vermenigvuldig met 12), anders wijkt het resultaat sterk af.

Uitgewerkt voorbeeld: waterleiding in een woning

Een loodgieter dimensioneert een waterleiding met een binnendiameter van 4 inch (10 cm) en een lengte van 10 voet.

Stap 1. Maak de eenheden gelijk. Zet de lengte om naar inches: 10 voet (3 m) × 12 = 120 inch (305 cm)

Stap 2. Bepaal de straal. Straal = 4 ÷ 2 = 2 inch (5,1 cm)

Stap 3. Pas de formule toe.

V = π × 2² × 120 = π × 4 × 120 ≈ 1.508 kubieke inches (24.700 cm³)

Omrekening van het resultaat: 1.508 kubieke inches is ongeveer gelijk aan 6,53 gallons, of 24,7 liter. Dat is ongeveer de hoeveelheid water die zich op elk moment in de leiding tussen de boiler en het tappunt bevindt.

Eenheden omrekenen

De calculator geeft een resultaat in kubieke eenheden, overeenkomstig de eenheid die voor de diameter en de lengte is ingevoerd. Veelgebruikte omrekeningen:

• 1 kubieke voet (0,028 m³) = 7,48 gallons (28,3 l) (VS)
• 1 kubieke voet = 28,32 liter
• 1 kubieke inch = 0,0164 liter
• 1 kubieke meter = 1.000 liter
• 1 kubieke meter = 264,17 gallons (VS)

Waarom het buisvolume van belang is

Kennis van het buisvolume helpt in verschillende praktische situaties:

• Loodgieterij. De hoeveelheid water in een leidingtraject beïnvloedt hoe lang het duurt voordat warm water een tappunt bereikt en hoeveel water een pomp moet verplaatsen. Een traject van 1.000 voet met een buis van 6 inches bevat ongeveer 1.469 gallons (5.560 l) stilstaand water.
• Chemische en procesleidingen. Het volume bepaalt hoeveel product verloren gaat bij het spoelen of omschakelen van een leiding en hoe lang vloeistof in de buis blijft (verblijftijd).
• Bouw. Cilindrische betonbekistingen, zoals kartonnen kokers voor terras- of dekpalen, vereisen een volumeberekening om te bepalen hoeveel zakken betonmortel moeten worden gekocht.
• Irrigatie. Het volume van hoofdleidingen en druppelleidingen beïnvloedt hoeveel druppelaars een systeem tegelijk kan bedienen en hoeveel mestoplossing voor injectie nodig is.
• Grondwatermonitoring. Het volume van de putbekleding wordt gebruikt om te berekenen hoeveel water moet worden weggepompt (gespoeld) voordat een geldig monster kan worden genomen.

Verwante berekeningen

Volume en gewicht van de buiswand (materiaal)

Voor een schatting van het gewicht of de kosten van het buismateriaal zelf, in plaats van wat erdoorheen stroomt, zijn zowel de binnen- als buitendiameter nodig:

$V_{material} = \pi \times h \times (R^2 - r^2)$

Hier is $R$ de buitenstraal en $r$ de binnenstraal. Door dit volume met de dichtheid van het materiaal te vermenigvuldigen, wordt het gewicht verkregen.

Voorbeeld: een deel van 20 voet van een stalen buis van 4 inches schedule 40 heeft een buitendiameter van 4,5 inch (11,4 cm) en een binnendiameter van 4,026 inch (10,2 cm). Omgerekend naar voet zijn R = 0,1875 voet (0,0572 m) en r = 0,1678 voet (0,0511 m) (bij benadering). Het wandvolume bedraagt ongeveer 0,44 kubieke voet (0,0125 m³). Staal heeft een dichtheid van ongeveer 490 pond (222 kg) per kubieke voet, dus de buis weegt ongeveer 216 pond (98 kg).

Debiet door een buis

Het volume geeft aan hoeveel een buis bevat. Het debiet geeft aan hoeveel vloeistof er per tijdseenheid doorheen stroomt:

$Q = A \times v$

Hier is $Q$ het debiet, $A$ het dwarsdoorsnedeoppervlak van de buis ($\pi r^2$) en $v$ de vloeistofsnelheid.

Voorbeeld: een buis van 4 inches heeft een dwarsdoorsnedeoppervlak van ongeveer 12,57 vierkante inches (81,1 cm²). Bij een snelheid van 3 voet (0,91 m) per seconde transporteert de buis ongeveer 117,5 gallons (445 l) per minuut. Als de diameter wordt verdubbeld tot 8 inches (20 cm), verviervoudigt het oppervlak, zodat bij dezelfde snelheid ongeveer 470 gallons (1.780 l) per minuut worden getransporteerd. De debietcapaciteit schaalt met het kwadraat van de diameter, niet met de diameter zelf.

Gedeeltelijk gevulde buizen

Hemelwaterafvoeren en vrijvervalrioleringen zijn vaak gedeeltelijk gevuld in plaats van volledig gevuld. Het vloeistofvolume in een gedeeltelijk gevulde horizontale buis hangt af van de vulhoek en is complexer te berekenen dan dat van een volledig gevulde buis. Ontwerpers van afwateringssystemen gebruiken hiervoor meestal naslaggrafieken of software in plaats van een handmatige berekening.

Veelvoorkomende buisvolumes (snel naslagoverzicht)

Benaderd volume van veelvoorkomende buismaten, gebaseerd op de binnendiameter:

Deze cijfers gaan uit van de nominale buismaat. De werkelijke binnendiameter varieert afhankelijk van het buisschema en het materiaal. Controleer daarom bij belangrijk werk de specificaties van de fabrikant.

Veelgestelde vragen

Wat is de formule voor het berekenen van het volume van een buis?

V = πr²h, waarbij r de straal is (de helft van de diameter) en h de lengte. Omdat buizen gewoonlijk op basis van hun diameter worden gespecificeerd, is de praktische vorm V = π(d/2)²h.

Gebruik ik de binnen- of buitendiameter?

Gebruik de binnendiameter (ID) om te bepalen hoeveel vloeistof een buis kan bevatten. De buitendiameter (OD) is alleen samen met de ID nodig om het volume van het materiaal van de buiswand te bepalen, bijvoorbeeld voor een gewichtsinschatting.

Hoe zet ik het volum resultaat om naar gallons of liters?

Vermenigvuldig met een omrekeningsfactor: 1 kubieke voet is gelijk aan 7,48 gallons of 28,32 liter, en 1 kubieke inch is gelijk aan 0,0164 liter. Zorg ervoor dat het volume en de omrekeningsfactor dezelfde basiseenheid gebruiken (voet of inches).

Hoe bepaal ik het gewicht van vloeistof in een buis?

Vermenigvuldig het volume met de dichtheid van de vloeistof. Water weegt ongeveer 8,34 pond (3,78 kg) per gallon, dus een buis met 100 gallons (380 l) water bevat ongeveer 834 pond (378 kg). Dit is van belang voor constructies die een gevulde buis boven het hoofd ondersteunen.

Heeft de wanddikte van een buis invloed op de volumeberekening?

De wanddikte heeft indirect invloed op het volume doordat ze de binnendiameter verandert. Een buis van 4 inches volgens schedule 40 heeft een binnendiameter van 4,026 inch (10,2 cm), terwijl dezelfde nominale maat volgens schedule 80 een binnendiameter van 3,826 inch (9,72 cm) heeft, ongeveer 10% minder volume, omdat schedule 80 een dikkere wand heeft.

Wat is het verschil tussen debiet en buisvolume?

Volume is een vaste capaciteit; debiet is de hoeveelheid vloeistof die per tijdseenheid een punt passeert, berekend met Q = A × v. Zo transporteert een buis van 2 inches (dwarsdoorsnedeoppervlak ongeveer 3,14 vierkante inches) bij een watersnelheid van 5 voet (1,5 m) per seconde ongeveer 49 gallons (185 l) per minuut.

Referenties

1. ASME B36.10M – Gelaste en naadloze smeedstalen buis: standaardafmetingen en toleranties van buizen.
2. International Plumbing Code (IPC): voorschriften voor buisdimensionering en hydraulisch ontwerp.
3. Cengel, Y. A. en Cimbala, J. M. (2017). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications (4e ed.). McGraw-Hill Education.
4. ASTM A53/A53M-20 – Standaardspecificatie voor stalen buizen: productienormen voor stalen buizen.