¿Podría igualar la presión de un vehículo submarino anular la necesidad de un recipiente de alta presión?

No será de mucha utilidad.

La presión en el agua aumenta a aproximadamente una atmósfera por cada 10 metros de profundidad.

En el océano profundo, digamos más de 4000 metros, la presión será de más de 400 atmósferas. A estas presiones y a una temperatura de unos pocos grados, la mayoría de los gases normales se han convertido en líquidos.

Si está usando un líquido, elegiría uno que funcione bien: no conductor, no corrosivo, químicamente inerte, etc., generalmente sería algún tipo de aceite.

Hay problemas al diseñar cosas como baterías, electrónica, etc., para que las partes internas no se compriman y flexionen destructivamente bajo presión y cualquier proceso químico requerido aún funciona a la presión. Estos son problemas técnicos que pueden resolverse con cuidado y esfuerzo.

Los humanos no trabajan a tales presiones, incluso con mezclas especiales de gases, o lo que sea. Nuestra química se arruina. La alternativa, preservar una burbuja confiable de una atmósfera en este entorno de presión extrema para un humano es una tarea de ingeniería muy difícil. Una pequeña fuga o falla y estás muerto.

El futuro de la actividad en aguas profundas es con vehículos robóticos y / o con control remoto. Puede que no sean tan inteligentes como los humanos, en la actualidad, pero permitir la igualación de presión significa que son mucho más baratos de construir y operar y pueden permanecer más o menos indefinidamente. Además, fallas menores no matarán a las personas.

Esta es una idea creativa. Parece que muchas de las personas que respondieron no lo han entendido completamente. Estás hablando de usar energía eléctrica para generar gas hidrógeno y gas oxígeno a partir del agua que rodea el recipiente (no hay tanques de almacenamiento de alta presión). Estás hablando de descartar uno de los dos gases para evitar tener una atmósfera de hidrógeno y oxígeno mezclados. A medida que el recipiente se adentra en el agua, crea más gas para llenar el volumen interno a la misma presión que el agua circundante. De esa manera, las paredes del recipiente tendrán muy poca diferencia de presión a través de ellas y no tendrán que ser tan gruesas.

Como han señalado algunas personas, será necesario controlar la flotabilidad neta del sistema. A medida que el electrolizador crea más gas a una presión cada vez mayor para llenar el volumen interno, la densidad del gas aumentará y, por lo tanto, la masa total será mayor. Pero el volumen desplazado será el mismo, por lo que el sistema realmente * se hundirá *. Pero no es demasiado difícil imaginar una porción que se expanda para desplazar más agua y mantener la flotabilidad neta cero.

Alguien mencionó que la contrapresión puede limitar la reacción. Pero el agua entra a la misma presión que el gas que sale, así que creo que esa parte se cancela. Encontré un enlace (electrólisis de alta presión) para investigar sobre la electrólisis de presión ultra alta (a 5000 – 10,000 psi), por lo que es posible que la reacción ocurra a presiones correspondientes al fondo del océano.

Además de muchos desafíos prácticos, el mayor obstáculo conceptual es tener suficiente energía eléctrica disponible. La electrólisis del agua requiere MUCHA energía eléctrica. Básicamente, está suministrando a la inversa toda la energía que se liberaría al quemar tanto hidrógeno en oxígeno. Es una reacción muy enérgica. No quiere decir que sea imposible. Pero puede encontrar que el 90% del volumen interno de su recipiente está lleno de baterías. Probablemente sea más barato solo hacer el recipiente a presión en primer lugar. Para volúmenes internos más pequeños, existen esferas de vidrio existentes de aproximadamente un pie de diámetro con paredes de aproximadamente una pulgada de espesor que pueden tomar la diferencia de presión en el fondo del océano. Aquí hay un enlace a uno de esos productos: Página en nautilus-gmbh.com.

Gracias por el A2A!

Podría hacerse, pero en realidad no sé si sería tan práctico. Tengo la sensación de que crearía una atmósfera muy volátil dentro del recipiente donde cualquier pequeña chispa realmente dispararía una pequeña bomba submarina, incluso si solo usa hidrógeno u oxígeno y no ambos juntos. Probablemente estaría mejor con dispositivos electrónicos impermeables que simplemente no son tan sensibles a la presión o están hechos de materiales más fuertes. O eso, o tal vez tratando de usar un gas más inerte como el nitrógeno o el argón, que puede licuarse y expandirse.

También tendrás que lidiar con el problema del lastre. Al bombear este gas al recipiente de presión para igualar la cámara, aumentará sustancialmente la flotabilidad.

El otro obstáculo importante que veo aquí radica en la energía necesaria para dividir el agua. Se necesita una gran cantidad de energía, y a menos que esta sonda esté atada a la superficie, no veo la ventaja de gastar tanta energía para este propósito.

Estaría menos preocupado por el problema de corrosión interna y más preocupado por estos problemas.

El problema no es mantener una presión igualadora. El problema es el diseño estructural del contenedor. Si hicieras esto con algo así como un globo, por supuesto, sabes que a medida que se hunde, se encogería, pero agregar más masa en el aire aumentaría el volumen y la presión internamente, lo que podría ser una forma de mantener esta presión.

Sin embargo, suponga que el globo no es perfectamente liso, ni igualmente grueso, etc., y que a cierta presión interna, las imperfecciones se expandirán mucho más rápido que el resto del globo. Hay un conjunto muy estrecho de valores absolutos de presión / masa que hará que las imperfecciones se expandan más rápido que el resto del globo antes de que se expanda hasta el punto de falla.

La simetría geométrica y muchos factores diferentes sobre la resistencia de la estructura determinarían qué tan profundo podría llegar el vehículo antes de que la presión comenzara a escapar o conducir a una falla estructural.

Blog Invitado: La historia CFD no contada del Deepsea Challenger de James Cameron proporciona una idea de los detalles que deben tenerse en cuenta al diseñar un vehículo submarino profundo. Por ejemplo, sumergir la electrónica en un fluido aislante incompresible y diseñar una carcasa de batería para una operación de alta profundidad. Para el Deepsea Challenger, la esfera piloto que necesitaba albergar al humano era el único componente que necesitaba resistir la presión extrema.

El gas nunca igualará la presión del agua de manera efectiva. Si usa electrólisis, el O2 alcanzará altas concentraciones y causará la oxidación de cualquier cosa, incluso remotamente susceptible (y posibles incendios espontáneos). Sin mencionar que es extremadamente explosivo en combinación con H2. Además, bajo una enorme presión, aumentará la reactividad. Por último, no puedes unir el O2 o el H2 a nada porque eso reduciría la presión.

No estoy seguro de lo que quieres decir con tu pregunta. Los vehículos submarinos están protegidos mediante ecualización, de modo que la presión interna es equivalente a la presión ejercida por pulgada cuadrada por el agua fuera del vehículo, que es de aproximadamente 1 bar (14.5 psi) por cada 33 pies de profundidad. ¿De qué otra manera igualarías la presión? Independientemente de cómo cree la presión, ya sea a través de la electrólisis o llevando una bomba de alta presión a la embarcación, aún necesitará un sistema que contenga alta presión. No estoy seguro de cómo la creación de la presión con oxígeno creado por un proceso electrolítico cambiaría cualquier cosa, excepto para hacer que el resultado final, ya sea oxígeno o hidrógeno, sea altamente inflamable y posiblemente explosivo. ¿Cómo cree que cualquier proceso que cree suficiente presión para igualar evitaría requerir una bomba de alta presión? El rendimiento neto de la electrólisis es termodinámicamente negativo.

No entiendo la ventaja. Todavía está utilizando un vehículo de alta presión, pero en lugar de llevar los gases para igualar la presión con usted, está trayendo equipos que crean los gases que usará para igualar la presión. Comparar los dos enfoques está más allá de mi experiencia actual. Los factores que consideraría incluirían el costo, las tasas de fallas, la complejidad del diseño y los requisitos de espacio. requerimientos energéticos. Mi respuesta intuitiva es que el diseño más simple ganaría. Pero no tengo los datos.

Agregaría mi voz a los que advierten sobre la mezcla de aire. Una atmósfera de oxígeno puro fue un factor clave en el incendio del Apolo 1. No creo que el hidrógeno sea volátil sin oxígeno. Por supuesto, en algún momento tendrá que abrir la cápsula.

La única forma de evitar que una cámara de descompresión llegue a la superficie es NO igualar la presión cuando estás en profundidad. Mantenga la presión a 1 atmósfera a todas las profundidades, entonces no experimentará una presión diferente cuando salga a la superficie. Esto significa que necesita un recipiente diseñado para soportar las presiones extremas en profundidad.

Me parece inútilmente complejo. Liberar nitrógeno embotellado sería mucho más simple y seguro.