¿Cómo puede un vagón de tren soportar la alta presión, pero falla en un vacío?

Question

Un 25,000 galones (95,000 litro) productos químicos a granel almacenamiento autovía puede almacenar productos con presiones de vapor en exceso de 200 psia (1.38 Mpa). El mismo vagón de tren no puede soportar un vacío a la hora de la descarga. Quiero entender por qué.

Una masiva almacenamiento de los productos químicos coche en este ejemplo (asumiendo que el refrigerante en un día caluroso) es único en su diseño, en el sentido de que es un recipiente a presión que contiene más de 200 psi (1.38 MPa) presión interna, mientras que muchos de los tanques de metal están clasificados para presiones mucho menores por lo tanto el diferencial de presión entre la atmósfera y el interior del tanque del metal puede ser típicamente cerca de la diferencia encontrada en este ejemplo, el 14.7 psi (101 kPa) o menos.

La definición de tanques de metal puede ser abierto a la interpretación, no sólo con respecto a las clasificaciones de presión, pero también espesores de pared. Una de las respuestas que se presentan se refiere a aluminio o de plástico de soda contenedores. Las propiedades de los materiales son muy diferentes de los que se encuentran normalmente en los tipos de vagones de tren que he presentado aquí.

Answer 1

Un recipiente a presión se compone principalmente de una delgada placa de metal. Si experimento con una hoja delgada de material (por ejemplo, un trozo de papel) usted encontrará que es muy fácil de doblar, pero mucho más difícil de estirar.

Si no hay presión interna en una forma esférica o cilíndrica del recipiente, la única forma de que la presión puede hacer que el trabajo mecánico (es decir, la fuerza de $\times$ distancia) es aumentar el volumen interno de la embarcación, y la única manera de hacerlo es a estirar el material, que es difícil.

Sin embargo, la presión externa puede hacer el trabajo por la reducción del volumen interno, y que es fácil de hacer sin el estiramiento de la pared de los vasos, por la ruptura de la original, de forma cilíndrica o esférica simetría de la embarcación y de "estrujar" de la pared. Puesto que la estructura nunca será perfecta de forma uniforme, siempre habrá un "punto débil" en algún lugar desde el que la estrujar puede iniciar. Esta página http://publish.ucc.ie/boolean/2010/00/dePaor/11/en tiene algunas fotos que muestran lo que sucede.

El principio básico funciona exactamente de la misma manera con geometría simple, por ejemplo Euler de pandeo de una columna. Si se aplica una tensión de carga de una columna, la única posibilidad es estirar el material y hacer la columna más. Pero si se aplica una carga de compresión, puede hacer que la columna más corta sin cambiar la longitud del material, cuando se hebillas en una forma curvada.

Answer 2

La expansión de las presiones de tener un efecto muy diferente de presiones. La expansión de la presión tiende a ser estable. Si hay un defecto en la forma de la autovía, las presiones tienden a empujar hacia el exterior en la forma adecuada. Sin embargo presiones son inestables. Si hay un defecto en el vagón de tren en el vacío de ejemplo, se tiende a tirar el defecto más lejos de la forma correcta. Esto hace que el peor defecto, y empieza a causar un efecto fuera de control.

Podemos ver este efecto en una escala humana, con una botella de 2 litros de refresco. Evidentemente puede soportar una gran presión desde el interior como el sodio es bajo presión cuando delieverd. Si se vacía la botella y tratar de volar con su propio aliento, te darás cuenta rápidamente que la botella es la forma más fuerte de lo que son en esta dirección. Sin embargo, si usted tiene que evacuar la botella por succión de aire fuera de ella, casi no requiere esfuerzo.

Answer 3

El sellado de un puerto en un recipiente a presión puede utilizar la presión en el recipiente para comprimir un sello (empujar un O-ring firmemente contra una puerta); un sello de no ser correctamente comprimido si el buque está en condiciones de vacío.

Muchos de los recipientes a presión, con paredes delgadas, el uso de la presión inducida por la tensión para mantener la forma (como un globo); bajo presión negativa, como un globo, que tipo de que el buque se hunde.

Answer 4

La autovía tiene más modos de falla en compresión de inestabilidad o pandeo (https://en.wikipedia.org/wiki/Buckling)