Comment émuler 40 pieds (12 m) d’eau? [fermé]

Toozinger

Comment émuler 40 pieds (12 m) d’eau? [fermé]


Je fais partie d’une équipe de robotique sous-marine, et notre défi de l’année prochaine nous oblige à rivaliser à une profondeur de 40 pieds. Nous n’avons pas de piscines à proximité pour tester, donc je veux émuler ces 40 pieds de pression d’une manière ou d’une autre. J’ai découvert que 40 pieds correspond à environ 17 psi.

Est-ce que quelqu’un a des suggestions?

Ma première pensée serait un réservoir cylindrique avec de l’eau, et mettre un poids sur l’eau (combien de poids, je ne suis pas sûr) pour « comprimer » l’eau à 17 psi.

Des idées?

Edit: Merci pour les contre-questions!

  1. @steveverrill, Le robot mesurera environ 18x18x18 « mais même pouvoir tester des pièces (peut-être 4x6x6 ») serait génial.

  2. @CaptainCodeman, Voyager vers un plan d’eau peut être le plus facile, comme vous l’avez suggéré. Nous sommes une équipe universitaire, donc voyager est une possibilité. Bien que les options à proximité soient limitées (je rechercherai cependant nos options).

  3. @CuriousOne, Pour répondre à ceux concernant la conception du robot: nous avons trouvé des produits pour sceller les moteurs / autres appareils électroniques avec pour occuper l’espace aérien, avec un certain succès et nous allons certainement aller plus loin. Comme indiqué, cela n’a pas été demandé, mais c’est un gros problème auquel nous sommes également confrontés bientôt.

  4. @steveverrill, merci pour les précautions sur la sécurité de la pression. Nous nous assurerons de rechercher et de prendre des précations.

Level River St

Quelle est la taille de votre robot? s’adapterait-il à l’intérieur d’un autocuiseur domestique? sinon, vous aurez du mal à trouver un navire qui puisse l’accueillir et être scellé correctement. Comme calculé par John Rennie, les forces sur le couvercle sont considérables.

CaptainCodeman

Selon votre emplacement, l’option la moins chère peut être de se rendre à une rivière / un lac / un océan.

JFA

Je suis d’accord avec @CaptainCodeman, je vois un lac dans ton avenir. Cela représente environ 2,3 atm. En plus de cela, vous devez pouvoir contrôler et tester le robot dans un environnement sous pression. Selon les ressources de votre école secondaire, cela peut dépasser ce que l’école est prête à offrir.

Thijser

Vous voudrez peut-être chercher un club de plongée près de chez vous. S’il y en a un près de chez vous, ils sauront où vous pouvez facilement atteindre 40 pieds / 13 mètres de profondeur dans une eau raisonnablement claire avec un plongeur expérimenté près de chez vous.

Jim

Cette question semble concerner l’application de principes scientifiques pour résoudre un problème. Plus précisément, il demande des suggestions pour utiliser la physique pour trouver un moyen de créer la même pression que 40 pieds d’eau sans avoir à utiliser un réservoir d’eau profond de 40 pieds. Ceci est une question d’ingénierie des manuels scolaires et je vote pour la fermer en tant que telle

Réponses


 MSalters

Je pense que John Rennie est un peu trompeur. Vous n’avez pas besoin de 12 tonnes de poids. Vous pouvez obtenir les mêmes 18 psi d’un tuyau d’arrosage de 40 pieds suspendu verticalement. Attachez-le au couvercle d’un autocuiseur et vous aurez une « piscine » de 40 pieds de profondeur. La piscine n’a pas besoin d’avoir le même diamètre partout.

Les deux défis sont (1) de fixer le tuyau d’arrosage de manière à ce qu’il ne fuit pas – peut nécessiter de percer un trou dans le couvercle et de monter un connecteur approprié et (2) de le mettre à l’échelle. Vous ne pouvez pas simplement remplacer l’autocuiseur par un tambour à huile, il éclaterait. Vous pouvez creuser dans le fût d’huile pour le soutenir latéralement, mais vous devrez toujours alourdir le haut. Cela nous ramène à ces 12 tonnes.

Russell McMahon

+1 pour le tuyau de 40 ‘pour la tête. J’allais mettre cela dans un commentaire, mais je vois que vous l’avez fait. Une méthode « sympa » oubliée par beaucoup.

dotancohen

De loin la solution la plus sûre et la plus facile à mettre en œuvre. Toutes les fuites ou autres problèmes que le PO aura avec cette méthode, il l’aurait avec l’une des autres méthodes également.

SkipBerne

Un filtre de piscine en fibre de verre 2 pièces est très grand et peut résister à la pression. Une ceinture en acier inoxydable fait le tour des sections après que vous y ayez inséré le RUT. Ajoutez un tuyau et utilisez une pompe à vélo si vous ne pouvez pas atteindre une tête de tuyau de 40 pieds. Il ne fait que 18 psi.

Bernhard

@JohnRennie Vous avez mis de l’eau dans vos pneus de vélo?

Vajura

Attendez donc, si j’avais un réservoir de 10 mx 10 mx 10 m complètement scellé, sauf un trou de 10 cm et attaché à ce trou est un tuyau de 40 pieds qui monte tout droit. Maintenant, si je remplis tout d’eau avec le haut du tuyau, j’aurais la même pression dans le réservoir que si ce tuyau et ce trou disaient 5 m de diamètre?


 John Rennie

Il est facile de déterminer le poids dont vous avez besoin, car c’est le poids de 40 pieds d’eau. La pression à une profondeur de 40 pieds est simplement due au poids des 40 pieds d’eau au-dessus.

Travaillons en unités SI, donc 40 pieds font 12,2 mètres. Supposons que le haut de votre réservoir ait une superficie d’un mètre carré, alors la quantité d’eau au-dessus serait de 12,2 mètres cubes et cela pèse 12,2 tonnes. Ça fait beaucoup de poids!

La pression n’est que de 12,2 tonnes par mètre carré, soit environ 1,2 atmosphère ou environ 18 psi. Je serais enclin à utiliser un réservoir scellé et à utiliser un compresseur pour pressuriser l’espace de tête.

Une note de bas de page:

Plusieurs commentaires ont mis en garde contre les dangers de la mise sous pression d’un réservoir à 18 psi. Je ne sais rien de travailler avec des équipements sous pression, sans jamais avoir à le faire, donc vous ne devriez pas prendre ma réponse comme une licence pour commencer à pressuriser de vieux fûts d’huile ou tout ce que vous avez autour. Procédez avec une extrême prudence et ne me poursuivez pas si vous vous faites exploser!

David Richerby

Je suppose que je n’ai pas besoin de mentionner que travailler sur des récipients sous pression nécessite des compétences spéciales et ne devrait pas être fait à moins que vous sachiez ce que vous faites. Mais je le dirai quand même.

Level River St

L’air à 1,2 atmosphères = 18 psi = 120 kPa peut stocker une quantité considérable d’énergie, environ 120 J (équivalent à une chute d’un poids de 12 kg 1 m) par litre d’air (à une pression de 12,2 tonnes par mètre carré!) Vous pourriez avoir une pression importante explosion. Un réservoir d’air dans ces conditions en Europe nécessiterait une certification s’il est vendu dans le commerce. N’utilisez pas de compresseur, utilisez plutôt une pompe à eau et éliminez tout l’air du réservoir. L’eau ne se comprime pas, elle ne stocke donc pas d’énergie et n’explose pas lorsqu’elle est libérée. Les ingénieurs préfèrent tester les réservoirs sous pression avec de l’eau plutôt qu’avec de l’air pour des raisons de sécurité.

Courses de légèreté en orbite

Accrochez-vous … si l’eau ne se comprime pas, qu’est-ce que « l’eau sous pression »? oO

Level River St

L’eau sous pression @LightnessRacesinOrbit est de l’eau sous pression. Mais avec la même densité que l’eau qui n’est pas sous pression. Contrairement à l’air qui, sous pression, a tendance à se comprimer (il réduit son volume et augmente sa densité, ce qui le fait stocker beaucoup d’énergie).

Level River St

@paul non, il peut utiliser un réservoir scellé comme John l’a dit, mais il devrait utiliser une pompe à eau et non un compresseur d’air pour le mettre sous pression et s’assurer qu’il élimine tout l’air. De cette façon, il ne se tuera pas. Mon travail consiste à tester des récipients sous pression, je sais de quoi je parle. La faisabilité de cette approche dépend de la taille du robot qu’il voudrait mettre à l’intérieur du vaisseau. D’où mon commentaire sur la question. Sinon, il pourrait tout aussi bien trouver le barrage le plus proche et en balancer le robot.


 B.Pascal

Trouvez un tuyau d’eau rigide de 40 pieds de long, fixez-le à votre réservoir verticalement et remplissez-le d’eau.

Kyle Kanos

Comment cela aiderait-il?

B.Pascal

Cela crée 40 pieds de pression d’eau.

Floris

C’est une très bonne suggestion. J’aime que votre nom d’utilisateur corresponde à la réponse …

user121330

De loin la meilleure réponse.

Mindwin

@Floris Je sens que quelqu’un a créé un compte pour faire un jeu de mots. Bravo B.Pascal


 CuriousOne

Remplissez les cavités de votre véhicule avec un liquide respectueux de l’environnement comme la glycérine. Cela permettra de gérer une éventuelle fuite d’eau, au moins dans la mesure nécessaire pour survivre pendant une courte période dans un environnement à basse pression. Avant de faire cela, vous devez demander à l’organisateur de l’événement si c’est une stratégie de conception autorisée (ce que le «gros pétrole» peut faire ne fait pas nécessairement partie de votre répertoire de tours d’ingénierie). Si vous ne le pouvez pas, je penserais à d’autres moyens d’isoler tous les circuits électriques potentiellement sensibles de l’eau, ce qui ne devrait pas être un problème, à l’exception des moteurs. Pour ceux que vous devrez trouver des solutions de boîtier étanche, bien qu’il existe des solutions de bateaux RC / submersibles qui feront l’affaire pour vous sans avoir à réinventer la roue. En général, je ne vous conseillerais pas d’essayer une solution de réservoir sous pression à grande échelle, sans matériel conçu par des professionnels, ils sont tout simplement dangereux.

David Richerby

Je ne vois pas comment cela répond à la question. Vous semblez conseiller sur la façon de construire un robot qui peut fonctionner à une profondeur de 40 pieds; la question est de savoir comment tester un tel robot.

CuriousOne

@DavidRicherby: S’ils suivent les instructions, ils n’ont pas besoin de tester. Cela dit, j’ai écrit à peu près ce que JohnRennie a écrit dans un commentaire qui a ensuite été effacé par DavidZ avec le commentaire que cela aurait dû être une réponse. Pour être honnête avec vous, les enfants n’ont rien à faire avec des récipients sous pression. C’est l’affaire des adultes. Organiser une compétition de robots dans quatre pieds d’eau est aussi bon qu’en 40.

David Richerby

Qui a dit quelque chose sur les enfants?

CuriousOne

@DavidRicherby: La question. C’est la question d’un enfant sur la pression. Les ingénieurs savent comment faire face à cela et donc aux étudiants correctement préparés.


 Level River St

Comme plusieurs personnes ont préconisé l’utilisation de récipients sous pression, je vais ajouter ma propre opinion à ce sujet.

Sécurité des récipients sous pression

L’air comprimé dans un navire non certifié peut être extrêmement dangereux. Vous avez besoin d’une pression d’environ 1,2 manomètre pour simuler 40 pieds d’eau. C’est environ 2,2atm absolu. Je ne vais pas effectuer une intégration ici, mais l’ air à ces pressions est comprimé à environ la moitié de son volume d’origine et contient environ 120 J d’énergie par litre , suffisamment pour accélérer un projectile de 100 g à 50 m / s (180 km / h, 110 mph). En revanche, l’eau ne se comprime pratiquement pas lorsqu’elle est pressurisée à ces pressions et ne se dilate donc pas du tout lorsqu’elle se dépressurise, de sorte que la libération d’énergie en cas de rupture sera sûre.

Il est de pratique courante avant de mettre en service un appareil sous pression de le remplir complètement d’eau, puis de le mettre sous pression, afin de tester son intégrité (un « hydrotest »). En de très rares occasions où cela est absolument impossible, une inspection très approfondie des soudures (radiographie, pénétrant de colorant, ultrasons, perméabilité magnétique) et des joints peut être effectuée avant le test à l’air. Néanmoins, les professionnels préfèrent tester les récipients avec de l’eau afin d’éviter le risque d’explosion sous pression. À mon avis, les amateurs devraient prendre les mêmes précautions.

Pour ceux qui pensent que ce n’est pas un gros problème, c’est ce qui se passe quand une petite bouteille de bière explose. https://www.youtube.com/watch?v=JqXh86ks_As

Notez que les ingénieurs se trompent parfois. Voici un exemple où il n’était pas pratique d’effectuer un hydrotest. Ils pensaient avoir un facteur de sécurité de 2,5 sur la pression, mais il y avait un point faible qu’ils avaient ignoré. https://en.wikipedia.org/wiki/BOAC_Flight_781 . À noter que lors de l’enquête sur l’accident, ils ont effectué des hydrotests sur le fuselage d’un avion, jusqu’à leur destruction. Effectuer les mêmes tests avec de l’air aurait été extrêmement dangereux.


Récipients sous pression

Si votre robot (ou ses composants) sont suffisamment petits, vous pouvez utiliser un autocuiseur. Il est fort probable que vous puissiez obtenir 17-18psi de l’eau du réseau dans votre région. Sinon, vous pouvez utiliser une pompe de chauffage central pour la booster. Si vous êtes sûr que l’autocuiseur est évalué pour la pression requise, vous pouvez ignorer le paragraphe suivant.

Votre autocuiseur n’a probablement qu’un seul raccord de valve, qui n’est pas centré. Cela rendra difficile pour vous d’expulser l’air une fois qu’il est scellé. Plongez donc l’autocuiseur dans un bain, placez le robot à l’intérieur et mettez le couvercle. Cela garantira pas d’air emprisonné. Mettre sous pression avec de l’eau du réseau ou une pompe. Après utilisation, ne réutilisez pas l’autocuiseur comme autocuiseur sauf si vous êtes sûr de ne pas avoir dépassé sa pression nominale.

Si vous parvenez à acquérir un navire plus grand, il est encore plus important de vous assurer que tout l’air est expulsé. Essayez de faire en sorte que le point de remplissage soit au sommet. Si vous avez un tuyau de plus petit diamètre que le point de remplissage, de l’air peut passer autour de lui jusqu’à ce que le récipient soit plein et que l’eau commence à couler. Encore une fois, la pression de l’eau du réseau ou une petite pompe sera nécessaire.

Les parois latérales (disons 2 mm d’épaisseur) d’un fût d’huile (disons 400 mm de diamètre) subiraient une contrainte de 17 psi x (400 mm / (2×2 mm)) = 17 000 psi et devraient en théorie tenir (mais je ne dis pas qu’elles seraient en code. ) Le haut et le bas deviendraient cependant sévèrement bombés. Je recommanderais quelque chose de plus épais, comme un tuyau Sch40, avec des extrémités décentes.

Vous pouvez surveiller votre pression avec un manomètre pour pneus ou la contrôler avec un tuyau de trop-plein de 40 pieds (si votre bâtiment est suffisamment haut, c’est plus facile parce que vous pouvez laisser le débit d’eau en marche et ne pas vous soucier de dépasser la pression)

ÉDITER

La suggestion de SkipBerne d’un filtre de piscine en fibre de verre semble une excellente idée, beaucoup plus grande qu’un autocuiseur. http://www.pentairpool.com/pdfs/FNSPlusOM.pdf Il semble que ce modèle prendra 50 psi. Notez le texte dans le manuel « L’AIR ENTRANT DANS VOTRE FILTRE EST DANGEREUX » (en capitalisant le leur.)


Autres options

Vous pouvez simuler une différence de pression de 1 atm (14,7 psi) en installant une valve sur votre robot et en aspirant l’air. C’est presque 17psi. Étant donné la possibilité que la pompe à vide doive gérer l’eau en cas de problème, je ne recommanderais pas d’utiliser la meilleure pompe à vide de votre laboratoire de physique. Allez au laboratoire de chimie et obtenez une pompe à vide de type éjecteur bon marché. Ceux-ci utilisent un jet d’eau et l’effet venturi pour produire un vide pour éliminer l’air des dessiccateurs. Si vous teignez l’eau entourant votre robot, vous pourrez détecter toute brèche en voyant la couleur dans le tuyau de la pompe à vide.

Vous trouverez peut-être enfin que l’option la moins chère est de trouver un lac assez profond (éventuellement un réservoir avec un barrage, ils ont tendance à être profonds) et de l’essayer pour de vrai là-bas. Ils peuvent ne pas aimer que vous suspendiez votre robot à une corde au barrage, mais de nombreux réservoirs sont utilisés pour la navigation de plaisance afin que vous puissiez louer un bateau et le faire quelque part au milieu. Évidemment, n’offensez pas les autorités compétentes. Le fait de ne pas récupérer votre robot, en plus d’être un revers pour vous, serait une élimination non autorisée des déchets. Soyez prudent avec les substances toxiques telles que les piles.


 CaptainCodeman

Installez une valve sur le corps de votre sous-marin et utilisez une pompe à vide pour pomper tout l’air. 1 atmosphère équivaut à 10,3 mètres (33,8 pieds) d’eau. Ensuite, vous n’avez besoin que de 6 à 7 pieds d’eau pour atteindre la différence de pression que vous souhaitez tester.


 SkipBerne

Un filtre de piscine en fibre de verre 2 pièces est très grand et peut résister à la pression. Une ceinture en acier inoxydable fait le tour des sections après que vous y ayez inséré le RUT. Ajoutez un tuyau et utilisez une pompe à vélo si vous ne pouvez pas atteindre une tête de tuyau de 40 pieds. Il ne fait que 18 psi.

Level River St

Excellente suggestion. pentairpool.com/pdfs/FNSPlusOM.pdf Il semble que ce modèle prendra 50 psi. Notez le texte « L’AIR ENTRANT DANS VOTRE FILTRE EST DANGEREUX » (en capitalisant le leur) qui confirme ce que j’ai dit.

SkipBerne

La raison en est simplement que la plupart des pompes ne pourront pas se réamorcer s’il y a trop d’air et mangeront les joints en raison de la perte d’eau pour la lubrification / refroidissement.

SkipBerne

c’est aussi maintenant le meilleur moment pour en trouver un qui a été remplacé et se dirigerait vers la poubelle. aller dans un magasin de fournitures de piscine et demander

Level River St

Je cite à nouveau « L’AIR ENTRANT DANS VOTRE FILTRE EST DANGEREUX. 1. L’air entrant dans votre filtre peut faire sauter le couvercle. »


 mmesser314

J’allais suggérer de construire une centrifugeuse. Je suppose que vous n’avez pas besoin de connecter des câbles à votre robot. Et oui, une centrifugeuse peut être dangereuse.

Mais Paul a des solutions moins compliquées.


 Paul

De combien d’espace avez-vous besoin et dans quelle forme doit-il être?

S’il s’agit d’un robot stationnaire, appelez une entreprise d’excavation et demandez-lui un devis pour forer un trou de 24 pouces et 40 pieds de profondeur. Ils amèneront une énorme machine chez vous, perceront un trou assez grand dans le sol et partiront avant le déjeuner. Visitez un centre d’accueil pour des rouleaux de plastique de 6 mil, collez un cylindre de 40 pieds de long et glissez-le dans le trou. Remplissez d’eau, abaissez le robot et la caméra.

Besoin d’eau salée? 50 kg de sel de voirie provenant du même centre d’accueil seront suffisamment proches.

Combien cela coûtera t’il? Plus qu’un peu et moins que beaucoup.

Si vous devez conduire R2D2 là-bas, vous devrez emprunter la route sous pression. Appelez une entreprise de propane et obtenez un réservoir de rejet utilisé pour les bâtiments commerciaux et les stations-service. Celui auquel je pense est un cylindre horizontal d’un mètre de diamètre et de 5 m de long, vous pouvez rouler aussi loin en bas. Les réservoirs de propane fonctionnent à des pressions bien plus élevées que ce dont vous avez besoin, donc à moins qu’il n’y ait des dégâts massifs, tout ira bien. Insérez le bot, la goPro et les lumières, remplissez à moitié d’eau, fermez la trappe d’inspection, ajoutez de l’air à 18 psi. Un compresseur d’air de qualité mécanique peut le faire facilement. Ne remplissez pas trop d’eau ou vous devrez augmenter la pression pour équilibrer la zone réduite.

Une autre façon d’augmenter la pression consiste à déposer de la glace sèche ou un flacon ouvert de N2 liquide. Lorsque le gaz se dissipe, la pression augmente. Ouvrez la soupape de décharge à la bonne valeur. Probablement pas moins cher (en supposant que vous devez payer pour cela), mais ne nécessite pas d’électricité.

mmesser314

Vous voudriez remplir d’eau presque pleine. Pour augmenter la pression à 1,2 atm, vous devez ajouter 1,2 fois plus d’air que ce qui se trouve déjà dans le réservoir. Il faudrait beaucoup de temps à la plupart des compresseurs pour remplir la moitié du réservoir. Ou remplissez complètement et passez par le tuyau d’arrosage.

mmesser314

S’il s’agit d’un très petit robot, une bouteille de gaz comprimé pourrait être réutilisée.

Level River St

Je vais devoir le répéter, comme je l’ai fait sur la réponse de John Rennie: le réservoir de propane, indépendamment de la conception et de l’utilisation antérieure, devrait être 100% PLEIN D’EAU. Cela n’affecte en rien ce que le PO souhaite faire. Laisser 2 mètres cubes d’air comprimé représente environ 240 kJ d’énergie. Rien ne se passera probablement mal, mais si c’était le cas, des morceaux de métal voleront comme des balles. Tout récipient contenant du gaz comprimé doit être testé et inspecté par un professionnel. Dans la plupart des cas, cela signifie d’abord tester avec 100% d’eau, mais avec une inspection approfondie (radiographie, etc.), cela peut être possible sans.

David Richerby

Vous voulez prendre un réservoir rejeté et le mettre sous pression?!? Ce n’est pas très sûr.

Paul

@DavidRicherby prend un réservoir conçu pour 200psi (plus le facteur de sécurité -> la rupture est de 1000psi) et y met 1atm / 18psi. À moins qu’il y ait des quantités massives de rouille, ce ne sera pas un problème. Vous avez besoin d’un meilleur sens de la perspective.

 

[fermé], 12, 40, comment, d’eau?, émuler, M., pieds

 

facebook

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *