Force nécessaire à la création d'une bulle

[AntoineI]

Bonjour à tous,

Dans le cadre d'un projet important et professionnel, je souhaiterai connaître la force nécessaire à la création d'une bulle dans un récipient d'eau.
Pour situer le contexte, voici quelques explications :
Le volume d'eau n’excèdera pas 30cm de eau, la bulle sera crée (ou non) via un tube implanté a l'horizontal proche du fond du récipient.
Ce tube est relié à une cloche via un flexible étanche. Lorsque l'on emprisonne de l'air dans la cloche, des bulles se forment, et une fois stabilisé, il n'y en a plus.
Cela est destiné à détecter des micro-fuites au niveau du robinet d'une bouteille de gaz.

La question est simple : A partir de quel volume de gaz échappé par la bouteille la bulle va-t-elle se former dans l'eau ? (Une fois que l'étanchéité est réalisée, rien ne peut venir parasiter le fonctionnement de ce système).

La moindre piste de recherche m'intéresse et malheureusement un peu dans l'urgence.
J'ai lu bon nombre de thèse sur la dynamique des bulles mais rien ne répond à ma question.

Merci d'avance pour vos réponses !!
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[obi76]

Bonjour,

auriez-vous un schéma ?

[phys4]

Bonjour,
il y aura deux conditions pour que les bulles soient visibles.
1 - La pression du gaz doit être suffisante pour vaincre la tension capillaire d’une petite bulle en formation, je suppose que c'est surement le cas pour du gaz venant d'une bouteille sous pression.
2- La bulle doit se décrocher de son point de formation, c'est alors une question de volume, et il suffit de la poussée d'Archimède soit plus forte que l'adhérence capillaire au point de formation.
Pour le détail cela dépendra de la forme au point de fuite ?

[LPFR]

Bonjour.
J’ajouterai à la liste la solubilité du gaz.
Il faut que la quantité du gaz soit suffisante pour que la totalité ne se dissolve pas.
Ou il faut saturer le liquide avec les gaz en question avant de faire la manip.

Mais je profite pour poser la question évidente : quel est l’intérêt de votre système comparée à la simple solution savonneuse ?
Car avec votre solution il faut que la pression dans le volume avant le bulleur augmente. Cela diminue la sensibilité.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[AntoineI]

Bonjour,

Voici le schéma en question. Ce montage fonctionne déjà et les tests sont très concluants.
Nous devons prouver notre capacité à détecter une fuite de 1.5g/h.
Nous sommes dans un environnement potentiellement explosif, d'où la nécessité d'être étanche et de ne pas "gazéifier" l'eau ou le liquide le plus adapté.

Phys4: La forme du point de fuite ne peut pas être un paramètre constant car elle viendra forcément du robinet présent sur vos bouteilles de gaz par exemple.
Concernant la bulle, c'est un simple tube de diamètre 1mm (intérieur) pour le moment à la verticale comme sur le schéma.

LPFR : Je comprends ce que vous voulez dire, il s'ait du principe de fonctionnement. Vous voulez dire qu'il suffirait de remplacer l'eau du récipient par une solution savonneuse définie ?
Les bulles émises par notre système sont détecter à l'aide d'un capteur, ayant pour but une automatisation future de tout ce système.

En vous remerciant.

[Gilgamesh]

Et pourquoi pas un manomètre de précision au lieu d'un récipient d'eau ?

On trouve des manomètres de précision relative ± 0.05%.

Pour 1 bar (pression dans le tuyau) ça permet de détecter une augmentation de la pression de 50 Pascal.

Si on prend un tube de longueur 1 m et de diamètre intérieur 1 mm, une augmentation de 50 Pa ça représente l'injection (par la fuite) d'un volume de 0,4 mm3 de gaz (pour P=1 bar et T=300 K).

[LPFR]

Bonjour.
Je penserais à la méthode utilisée dans les endroits reculées d’Afrique ou d’Asie : badigeonner la chose avec un pinceau trempée dans l’eau savonneuse.
Évidement, ce n’est pas prévu de l’automatiser.

Mais je trouve amusant que vous cherchiez des fuites dans un dispositif « bien fait » avec un dispositif qui s’appuie simplement sur la bouteille. Qui vous garantit que vous n’aurez pas des fuites entre la bouteille et la cloche ?

Et ces fuites risquent d’être plus importantes que celle que vous cherchez.

Et le calcul de Gilgamesh, que je salue, est très bien. Mais il ne tient pas compte du volume de la cloche.
Au revoir.

[Gilgamesh]

En effet, il faut considérer le volume de la cloche...

[AntoineI]

Merci pour vos réponses.

Un manomètre de précision n'est pas infaillible et à l'abri d'un dysfonctionnement. De plus, pour automatiser la détection des variations ce n'est pas simple. Et notre système est bien moins cher
Le système est destiné à des usines de rénovation de bouteille de gaz à cadencement industriel. Les système de détection de fuite sont basés sur le même principe d'emprisonnement d'air. Cependant, la détection marche par analyse de l'air dans la cloche, ect... et cela tombe trop souvent en panne.
Ce système ne met pas en jeu des composants électroniques sophistiqués, mais seulement la physique si l'on peut dire.
De plus, le matériau utilisé, l'épaisseur, la forme et les moyens d'étanchéité assurent qu'il n'y a aucune fuite. Tout cela est avéré mais il manque ce fameux calcul, qui consiste à connaître le volume de fuite nécessaire à la création d'une bulle.
Ce calcul que vous avez réalisé correspond à mes attentes, pourrai-je avoir la formule ou qqch dans le genre ? Cette variation entraînerait donc la création d'une bulle ?

Le volume de la base de la cloche jusqu'à l'extrémité du tuyau dans l'eau est exactement de 52850mm3.
Cela se décompose en 3 parties : - la chambre de la cloche 36757mm3
- le trou pour le raccord du tuyau 3520mm3
- la longueur du tuyau et sa section 12566mm3
Nous sommes d'accord si je dis que le diamètre du tuyau joue un rôle dans le volume nécessaire à la création d'une bulle?
Ce tuyau n'est pas dimensionner pour une optimisation, il devrat être optimiser pour qu'une fuite de 1,5g/h soit détectable (0.048 mL/min);

En espérant vous éclairez un peu plus.

[LPFR]

Re.
Si vous prenez un diamètre de sortie de 1 mm, la pression pour créer une bulle sera de 290 Pa soit 2,9 cm d’eau (loi de Pascal). Et les bulles feront environ 1 mm de diamètre.
On peut diminuer la pression en ajoutant un tensioactif dans l’eau.

Mais je ne crois toujours pas que ce soit une bonne solution.
A+

[AntoineI]

re.

Je ne vois pas où vous voulez en venir.

[Gilgamesh]

Et pourquoi pas un manomètre de précision au lieu d'un récipient d'eau ?

On trouve des manomètres de précision relative ± 0.05%.

Pour 1 bar (pression dans le tuyau) ça permet de détecter une augmentation de la pression de 50 Pascal.

Si on prend un tube de longueur 1 m et de diamètre intérieur 0,5 mm, une augmentation de 50 Pa ça représente l'injection (par la fuite) d'un volume de 0,4 mm3 de gaz (pour P=1 bar et T=300 K).

Juste pour détailler le calcul :

Le volume V du tube de longueur L=1 m et de diamètre intérieur r=0,5 mm se calcule comme :



On applique la loi des gaz parfaits



avec
P la pression
n le nombre de moles
R=8,31 J⋅mol-1⋅K-1 la cte des gaz parfaits
T= 20°C soit 292 K la température (considérée constante)

En cas de fuite, on considère que le tube ne gonfle pas (V = cte). La variation de pression est uniquement proportionnelle à la variation du nombre de moles de gaz dans le tuyau.





La précision du manomètre à la pression de base P = 1 bar est ΔP = 10⁵ * 0.0005 = 50 Pa

Δn = 1,6.10^-8 mol

Le volume molaire V_m est de 22,4 litres par mole aux CNTP.

Δn V_m = 0,36 mm³ arrondit à 0,4

[AntoineI]

Bonjour,

je vous remercie pour ce détail bien explicite. Je me penche sur ce calcul.
Je reviendrai vers vous si j'ai un problème.

Cordialement.