Altura máxima para una bomba [cerrado]

Creo que tus ideas son un poco confusas.

1. La limitación de altura para el bombeo solo está presente si "succiona" agua desde arriba. Si bombea desde abajo, puede bombearlo tan alto como desee y tan alto como la bomba le permita.
2. Un tornillo de Arquímedes tampoco tiene limitaciones. simplemente levanta agua a lo largo de un plano inclinado.

Esta es una noria en Hama , Siria, levantando agua del río Orontes a una altura de unos 20 metros (65 pies). Es la noria más grande que se conserva, construida en el siglo XII o XIII. La tecnología es mucho más antigua: tenemos imágenes de norias del siglo V (encontradas en Apamea en Siria) y descripciones del siglo III.

(Hama, Siria: una vista de 3 norias frente al palacio Azem. Imagen de Heretiq, disponible en Wikimedia bajo la licencia CC BY-SA 3.0).

Piénsalo en términos de presión .

Una columna de agua de 1 pulgada cuadrada pesa 0.433 libras por pie vertical (a 39 grados F fríos, algo menos si es más cálido). Entonces, una columna de agua de 100 pies pesa 43.3 libras por pulgada cuadrada . Es posible que sepa que hay una unidad de medida llamada "libras por pulgada cuadrada".

Como resultado, el tamaño no importa. Si ha atrapado una columna de agua, de cualquier tamaño, que está a 100 pies por encima de usted, esa presión será de 43,3 psi. Si desea empujar el agua hacia arriba 100 pies, necesitará 43,3 PSI para hacerlo.

Los neumáticos de su automóvil tienen alrededor de 30 PSI.

Cómo hacerlo

Bombear 100 pies sería práctico a principios de la Revolución Industrial. Mire el sistema de canales británico: todos los canales pierden agua debido a la filtración y la operación de bloqueo, y no todos los canales estaban debajo de un abundante suministro de agua natural. Hicieron la diferencia con estaciones de bombeo.

Si eres más medieval que eso, entonces haces estepas más pequeñas, juego de palabras intencionado. 1-9 piscinas intermedias con 10-50 pies de elevación cada una. Si tiene que llevar cultivos al mercado, es posible que también desee convertirlo en un sistema de canales/esclusas. Un tramo de varias esclusas normalmente tiene un estanque*** en cada nivel intermedio.

Por último, si está en la era de la electricidad, el bombeo es fácil, obviamente, pero es posible que desee combinarlo con el bombeo de reserva para almacenar electricidad.

** Tome 1 pulgada cuadrada, es decir, 1" por 1". Ahora imagine todo el aire en la atmósfera por encima de esa pulgada cuadrada (tenga cuidado, ese rectángulo es más una cuña, debido a la curvatura de la Tierra). Todo ese aire, hasta el final, pesa 14.7 libras si vive en nivel del mar, algo menos si vives más alto. Por lo tanto, la presión atmosférica es de 14,7 libras por pulgada cuadrada , literalmente.

*** para ser más precisos, una libra, abreviatura de incautación.

Esta pregunta puede ser un poco más apropiada para el sitio Physics.se.

SI solo usa la energía del flujo de agua para alimentar la bomba, entonces la bomba está limitada por la presión que ejerce el agua en el río sobre el aparato de la bomba (física.se puede calcularlo por usted). Si está moviendo a mano una fuente de energía para la bomba (¿trabajo esclavo?), Entonces la altura máxima es efectivamente igual al trabajo (nuevamente, Physics.se puede ayudar). Esto se debe a la incompresibilidad natural del agua (Físico IANA).

La altura máxima de la tubería depende de muchas cosas (de qué está hecha la tubería, qué tan fuerte es la bomba, el radio de la tubería, etc.). Para bombear agua tan alto como desee, necesitaría personas con un poder infinito para girar el tornillo y un material con una resistencia a la tracción infinita. Este sitio dice que los tornillos generalmente se usaban para levantar agua alrededor de 5 pies.

El peso del agua es aproximadamente$60$libras por pie cúbico. Digamos que tienes una tubería de radio$r$(en pies) eso fue$h$pies de alto. El peso total del agua sería$\pi r^2 h$. Entonces, un mecanismo que eleva agua a través de una tubería con un radio de$1$pies yendo$100$pies de alto tendría que levantar alrededor$314 \times 60 = 18, 840$libra de agua. Eso es... mucho peso para poner en un tornillo de Arquímedes.

Eso es aproximadamente el peso de uno de estos tipos. Para contrastar eso, el$5$ft. Archmediaan tornillo con un radio de tubería de$1$ft. tendría que levantar alrededor$942$libras (20 veces menos). No estoy seguro de si el sitio que vinculé anteriormente es particularmente creíble, ni estoy seguro de cuán anchas eran las tuberías que usaron, pero$18,840$libras parece ser mucho para que la gente levante cualquier tipo de artilugio operado manualmente.

Entonces, sí, el diámetro de la tubería realmente afecta cuán difícil es elevar el agua a cierta altura.

El ángulo de la tubería afectará la dificultad de empujar el agua. Si es directo hacia arriba y hacia abajo, entonces estás luchando contra la gravedad y solo contra la gravedad. Cuanto más inclinada esté la tubería, menos luchará contra la gravedad y más luchará contra la fuerza de fricción, que suele ser mucho menor que la gravedad.

Una idea alternativa que permite la elevación a una altura ilimitada (incluso teniendo en cuenta la resistencia del material) es un sistema de cangilones de transmisión por cadena.

La idea es tan simple como baldes de agua con cuerdas (los baldes pueden ser tan grandes como barriles).

Si la cuerda fuera demasiado larga; puede construir un sistema de relés (básicamente engranajes); entonces (por ejemplo) su rueda hidráulica está diseñada para hacer girar un eje, el eje hace girar una cuerda con nudos (para evitar que se deslice), la cuerda tiene cubos de madera del tamaño de barriles adheridos permanentemente. sellarlos con brea por dentro, es impermeable y dura mucho tiempo.

Digamos que nuestra primera etapa va a elevar el agua 50 pies (la altura de un edificio moderno de 4 pisos).

Estos se levantan, llenos de agua, en la parte superior de la rueda la cuerda va alrededor del eje superior; que también gira. Los cubos son guiados por simples barreras para verter su agua en un conducto (también sellado con brea). O ya ha terminado, o pasa a la siguiente etapa: ese mismo eje superior, en el otro extremo, tiene la misma configuración: otra transmisión por cadena y baldes que transporta hacia arriba para finalmente descargarlos en otro conducto.

Ese es el Ascensor Etapa 2: La Etapa 1 recoge agua del río (y es movida por la energía del río). En la parte superior de la Etapa 1, el conducto (y el tiempo) están diseñados para descargar automáticamente el cubo de la Etapa 1 en un conducto, que llena un cubo vacío de la Etapa 2, que está diseñado para "pasar" en ese momento.

La Etapa 2 se eleva otros 50 pies y vuelca su balde en una rampa: lo que podría conducir a un elevador de la Etapa 3.

Existe la tensión en la cuerda de girar todas las Etapas al mismo tiempo, por lo que hay un límite. Pero la cuerda no tiene que ser el factor de ruptura, puedes usar 2 o 3 cuerdas si la tensión es demasiado. El factor de ruptura ahora es fuerte: puede hacer que la rueda de agua se rompa antes de que se rompa, o que se rompa el eje del tronco de un árbol, bajo la tensión. Además, se pueden usar menos cubos si es necesario; cada etapa solo necesita llevar una a la vez para que esto funcione.

Este esquema evita la necesidad de cuerdas súper fuertes que podrían romperse.

El engranaje que sujeta la cuerda puede tener un diseño de "collar de cuentas"; imagine una cuerda con nudos espaciados regularmente: proyecta una sombra que parece una sarta de cuentas; básicamente círculos conectados por una línea gruesa. Esa misma forma debe estar en el tronco de un árbol grande o en una rueda, de modo que la cuerda, con nudos, tenga nudos que caigan en círculos, y la cuerda entre los nudos caiga en un canal más delgado. Es una forma de hacer una transmisión por cadena sin cadena ni engranajes. (Desea la transmisión por cadena por su precisión en un mecanismo de relojería como este).

Los escenarios por encima del primero necesitarían plataformas construidas en el costado del acantilado; pero esos no tienen que ser demasiado extensos; la gente no tiene que vivir allí ni nada. Puede "cavar" para colocar algunos troncos de árboles a unos 20 pies en el costado del acantilado; se encargarán de sostener los ejes en su lugar y soportar los pocos conductos que necesita, junto con un espacio plano para que un trabajador de mantenimiento haga las reparaciones (o el reemplazo de la cuerda) que puedan ser necesarias.