Voor het eindproject van het vak “Design Engineering for Fysici” voor het eerstejaars curriculum van Technische Natuurkunde aan de Technische Universiteit Delft, hebben Pieter van Zoelen en ik (Erik van Lieshout) een watertunnel gebouwd. De opdracht was om een opstelling te maken waarmee iets fysisch aangetoond kan worden, welke ook makkelijk gebruikt kan worden op middelbare scholen. (Groep 51)

Disclaimer: In eerste instantie is de bak bedoeld om in het geheel gevuld te worden, echter is gebleken dat hiervoor een betere afvoer voor nodig is zoals een overstort. In ons geval wordt de bak dus alleen met laag water gebruikt.

Step 1: Materiaal En Apparatuur

Om zelf een watertunnel te bouwen heb je de volgende spullen nodig:

- Transparant Polycarbonaatplaat van 50x100cm met 3mm dikte

- Watervaste montagelijm of afdichtingskit (met kitpistool)

- Tuinslang van ca 5 meter en diameter ½”

- Indien niet bij tuinslang: Twee tuinslangkoppelingen

- Ongeveer 500 rietjes van 25 cm lengte en een diameter van 8mm (mag ook kleiner in de diameter, hiervoor zijn dan misschien wel meer rietjes nodig)

- Twee Lijmklemmen

- Acht metalen versterkingshoeken met 4mm schroefgat

- 32 metaalschroeven M4 x 16mm

- Dompelpomp van ca 7000L/h, met tuinslangaansluiting, hiervoor moet eventueel een koppelstuk van 33,3mm schroefdraad naar ½” slang bij

- Waterton ("reservoir") van ruim 50L of een grote emmer

- Rol duct tape

- Rol plakband

- Schuurpapier (niet te grof)

- Wegwerp handschoentjes

- Stift

Benodigde apparatuur:

Om het Polycarbonaat te snijden kun je gebruik maken van een lasersnijder, plaatsnijder, cirkelzaag of decoupeerzaag. (Van meest nauwkeurig naar minst nauwkeurig). Let op: Bij een decoupeerzaag en cirkelzaag zal je een stuk van het materiaal wegzagen, houdt hier rekening mee met het afmeten.

Om gaten te boren voor de schroeven kun je een boorbank of accutol gebruiken met 4mm bitje (hout). Ook is een speedboor van 16mm benodigd. Bij lasersnijden kan dit eventueel ook geprogrammeerd worden.

Step 2: Het Uitsnijden Van Het Polycarbonaat.

Om de bak te kunnen maken heb je de volgende afmetingen nodig voor de platen:

- 2x Zijkant: 20x50cm

- 1x Onderkant: 15x50cm

- 2x voor-/achterkant: 15x19.7cm

Je kunt zien dat het met een plaatsnijder erg gemakkelijk is om uit te snijden in het voorbeeld, ook voor een lasersnijder zijn dit geen ingewikkelde patronen. Indien je een decoupeerzaag of cirkelzaag gebruikt, moet je bij het aftekenen, zoals eerder gezegd, rekening houden met hoeveel de zaag weg zaagt. De stukken zal je, indien de randen grof zijn, moeten opschuren met schuurpapier.

Een paar tips over Polycarbonaat zagen in het algemeen kunt je hier vinden.

Step 3: Het in Elkaar Zetten Van De Bak.

Voor het in elkaar zetten van de bak zullen we gebruik maken van montagelijm of kit en de lijmklemmen. Het drogen van de montagelijm kan enkele uren duren voordat deze op optimale sterkte is, dit is vaak af te lezen op de verpakking. Het is daarom ook aan te raden de bak stap voor stap in elkaar te zetten en ertussen de kit met aanbevolen tijd te laten harden. Gebruik bij montagelijm of kit altijd handschoenen.

Eerst doe je wat montagelijm bovenop de onderste plaat aan de voor- en achterkant, vervolgens zet je de voor- en achterkant bovenop de kit zet dit geheel vast met de lijmklemmen.

Vervolgens na uitharden doen we hetzelfde met de zijkanten, deze worden aan de buitenkant gemonteerd.

Voor extra waterdichtheid kun je na het uitharden van het geheel nog een extra laag montagelijm aanbrengen in de hoeken en kun je dit gladstrijken.

Step 4: Het Verstevigen En Aanbrengen Van Aanvoergaten Aan De Bak.

Omdat er een behoorlijke hoeveelheid water in de bak komt te staan moeten er verstevigingen aangebracht worden aan de bak. Dit kun je doen door de versterkingshoeken aan te brengen. Er komen aan de onderkant 2 per kant (ca 10cm verwijderd van de voor-/achterkant) en in elke hoek van de opstaande randen (ca 8cm verwijderd van de bovenkant). Een voorbeeld is te zien in het figuur. Je kunt de versterkingshoekjes neerleggen op de goede positie aan de buitenkant en met een stift de te boorgaten aftekenen. Deze gaten kunt je met een accutol en een 4mm houtboor uitboren. De schroeven moeten met schroefdraad naar buiten worden bevestigd omdat de schroeven de waterstroming kunnen belemmeren. De schroeven moet je met montagelijm insmeren en aan de andere kant vastmaken met een bijbehorend moertje. Om de gaten waterdicht te maken is het handig de koppen van de schroef ook in te smeren met montagelijm.

Voor de aan- en afvoer van het water moeten ook op de voorkant en achterkant gaten worden geboord. Aan de achterkant onderin met de 16mm speedboor en de voorkant 4 gaten in een rechthoek met weer de 4mm houtboor. Een voorbeeld is gegeven in het figuur.

De voorkant zal voor het bevestigen zijn van de aanvoer aan de buitenkant, en de achterkant zal een slang doorheen moeten.

Step 5: Het Maken Van Het “laminarisatie Systeem”.

Om de waterstroom door de bak laminair te maken (dit betekend niet turbulent/recht stromend), moet je een systeem hiervoor maken. Dit is makkelijk te doen met rietjes. Om de rietjes te bevestigen aan elkaar hebben wij gebruik gemaakt van duct tape. In de binnenkant van deze bak passen precies 20 rietjes met een diameter van 8mm naast elkaar. Er zijn 2 systemen nodig. Voor de voorkant knip je rietjes in stukken van 12.5cm en voor de achterkant 5cm. Deze rietjes leg je dan met 20 strak naast elkaar en hier leg je een stuk duct tape overheen. Herhaal dit tot je deze rietjes kan opstapelen tot de helft van de zijkant. De stapel met de lengte 12.5cm leg je 5cm van de voorkant en de stapel met de lengte van 5cm leg je 5 cm van de achterkant.

Step 6: Het Aansluiten Van De Slang.

Door de achterkant hebben we nu een gat van 16mm, hierdoorheen kun je een tuinslang aanleggen van 2 meter met een tuinslangkoppeling, zodat deze blijft zitten. Tussen de koppel en de rand van de tuinslang moet er montagelijm worden aangebracht om dit waterdicht te maken. Voor de voorkant bevestig je een slang van 3 meter met nog 30cm over (boven de bak rand) naar boven gericht aan de buiten kant van de voorkant met tie-wrap door de 4 aangebrachte gaten, deze gaten kit je vervolgens ook weer dicht. Bevestig de slangen verder zoals in het plaatje schematisch is aangegeven. De grijze vlakken zijn de laminarisatie systemen de voorste slang kan met een stukje duct tape worden vastgezet hieraan. De reden dat de voorste slang zo is verbonden, is zodat het water meer geleidelijk verdeeld kan worden aan het begin.

Step 7: Het Aansluiten.

Als laatste dienen de slangen worden aangesloten. De slang aan de voorkant wordt aan het begin gekoppeld aan de dompelpomp door middel van een tuinslangkoppeling. Het reservoir waar de dompelpomp in staat dient lager te staan dan de bak zelf, de stroomsnelheden kunnen worden aangepast door de bak hoger/lager te plaatsen ten opzichte van het reservoir (wel altijd hoger) of de slangen dicht te knijpen door de lijmklemmen erop te bevestigen.