watertorentekoop.nl · techniek
hoe werkt een watertoren?
Een reservoir op hoogte, een leidingnet onder druk. De technische gedachte achter een watertoren is helder. Een pomp brengt water omhoog naar een reservoir.
Of zoek een toren op in het register.
Het wateroppervlak bevindt zich daardoor hoger dan veel aansluitingen in het leidingnet. Wanneer beneden een kraan wordt geopend, kan water door het drukverschil naar het tappunt stromen.
- pomp
- Brengt het water vanaf het pompstation of de zuivering omhoog.
- toevoerleiding
- Voert het opgepompte water naar het reservoir.
- reservoir
- Houdt een voorraad water op hoogte en vangt verschillen tussen aanvoer en verbruik op.
- draagconstructie
- Schacht of kolommen die het gewicht van reservoir en water naar de fundering afvoeren.
- distributienet
- Leidingen van de toren naar de gebruikers; het hoogteverschil levert de druk.
01
de natuurkunde van de waterdruk
De hydrostatische druk hangt af van het verticale hoogteverschil tussen het wateroppervlak en het punt waar de druk wordt gemeten. De formule luidt p = ρ × g × h. Hierin staat ρ voor de dichtheid van water, g voor de zwaartekrachtsversnelling en h voor het hoogteverschil. Een waterkolom van ongeveer tien meter veroorzaakt een drukverschil van ongeveer één bar. Bij dertig meter is de theoretische overdruk ongeveer drie bar. In een stromend leidingnet beïnvloeden onder meer leidingweerstand, terreinverschillen en afname de werkelijke druk.
in de praktijk
Waterbedrijven rekenen met ongeveer 30 meter waterkolom: boven 40 meter lopen leidingen en kranen schade op, onder 20 meter komt er te weinig uit de kraan. In vlak land staat de waterspiegel daarom 22 tot 30 meter boven maaiveld; bij een lang leidingnet hoger, tot 50 meter.
rekenvoorbeeld: drukverschil bij een gekozen waterhoogte
Theoretische waarde volgens p = ρ · g · h (ρ = 1.000 kg/m³, g = 9,81 m/s²). De werkelijke leidingdruk wordt door meerdere factoren beïnvloed, zoals wrijving in de leidingen, het verbruik op dat moment, de waterstand in het reservoir en de hoogteligging van het tappunt.
Waarom het water eerst omhoog moest. De pomp levert energie om het water op hoogte te brengen. Het opgeslagen water bezit vervolgens potentiële zwaarte-energie. Die energie kan worden benut wanneer het water naar een lager punt stroomt. De watertoren maakt zelf geen energie, maar slaat eerder geleverde energie tijdelijk op in de vorm van een hooggelegen watervoorraad.
02
de functie van het reservoir
Het waterverbruik verandert gedurende de dag. Op momenten met een beperkte vraag kan water worden opgeslagen. Wanneer de afname stijgt, kan het reservoir tijdelijk extra water leveren. De toren helpt daarmee verschillen tussen aanvoer en verbruik op te vangen. De beschikbare voorraad is eindig en de druk verandert mee met het waterniveau.
De toren is geen volledig gevuld vat. Bij de meeste historische watertorens bevindt het reservoir zich boven in het gebouw. De schacht daaronder bevat de draagconstructie, trappen, leidingen en andere voorzieningen. Het reservoir kan uit staal, beton of een andere historische constructie bestaan. De vorm en inhoud verschillen per toren en moeten per object worden vastgesteld.
03
het gewicht van water
Eén kubieke meter water heeft een massa van ongeveer duizend kilogram. Een reservoir met 500 kubieke meter water bevat bij volledige vulling dus ongeveer 500 ton water, zonder het gewicht van de constructie zelf. Die belasting verklaart waarom de draagconstructie en fundering zo'n bepalende rol spelen in het ontwerp.
04
capillaire werking is een ander verschijnsel
Bij capillaire werking kan water door oppervlaktespanning en de wisselwerking met zeer nauwe poriën of buisjes stijgen. De werking van een watertoren berust op hydrostatische druk, zwaartekracht en mechanisch pompen. Het verschil is essentieel voor een correcte uitleg van de techniek.
05
de moderne opvolgers
Tegenwoordig regelen pompstations en automatische installaties de druk in drinkwaternetten. Opslag kan plaatsvinden in reservoirs op of onder maaiveldniveau. Hydrofoorinstallaties worden gebruikt om de druk te verhogen, bijvoorbeeld in gebouwen. De term hydrofoor beschrijft daarmee een vorm van drukverhoging en is geen volledige benaming voor alle moderne voorzieningen die de watertoren overbodig maakten.
Bronnen: Nederlandse Watertoren Stichting, watertorens.nl; RCE, Een toekomst voor watertorens (2013).