Pression machine à café manuelle.

[invitec5b52d01]

Bonjour, je suis Thomas VINCENT, étudiant en 5° année de design industriel.
J'ai pour projet de realiser une machine expresso manuelle.
C'est a dire que je veux créer une pression entre 15 et 20 bars maneulle grace à un levier.
J'ai deja fais quelques calculs mais je reste peu sur de moi n'ayant aucune notion de physique.

Ce que je cherche est la formule qui pourra me permettre de calculer ma pression de sortie en bar.
Les elements dont je dispose et que je peux modifier sont :
- le levier
- le diametre de mon verin

Ce que je ne peux pas modifier est la force appliquée à l'extremité du levier 80 Newtons.

J'aimerais pouvoir connaitre la démultiplication de la force du au levier. J'ai pu calculer le couple mais je ne sais pas comment integrer mon couple au calcul de ma force finale.

EXEMPLE :
calcul1
Force en extremité de levier 80 Newton
Longueur levier : 0,5 Metre
COUPLE (en newtonmetre) = FORCE (en newton) x RAYON (en metre) = 80 x 0.5 = 40 newton-metre

calcul2
Verin diametre 0,03 metre donc surface 0,0007metre²
PRESSION (en pascal) = FORCE (en newton) / SURFACE (en metre²) = 80 x 0.0007 = 114285.714 pa = 1.14285 bar.

Le calcul 2 ne prend pas en compte le couple du calcul1, comment faire ?

Merci, n'hesitez pas à me demander si je ne suis pas clair, mais sachez que j'ai fais de mon mieux
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[Tifoc]

Bonjour,
On va prendre le problème dans l'autre sens
20 bar, c'est 2 MPa (2 millions de Pascal) soit 2 MN/m² (2 millions de Newton par mètre-carré). Pour un diamètre de 3 cm du piston, ça représente une force d'appui sur le piston de 1410 N.
Vous disposez de 80 N coté utilisateur (ce qui réserve l'emploi à une personne bien portante, mais bon...), le rapport des bras de levier est le rapport inverse des forces. Donc pour un bras de levier coté utilisateurs de 50 cm, il vous en faut un coté piston de 2,8 cm.
Ce serait le rayon de votre manivelle du premier dessin, c'est à dire quand la manivelle est perpendiculaire au piston. Mais sur un tel système, la force coté piston va diminuer (elle est nulle sur votre seconde figure !).
Donc... il va falloir designer aut'chose

[invitec5b52d01]

Bonjour,
Premier soucis, la force de mon utilisateur, 80newton c'est un gars costaud, est que 50newton est plus juste pour la force d'une personne ?
Deuxieme soucis, l'inversion des forces, je ne suis pas sur de bien comprendre à quoi correspond les 2,8cm. Est bien la distance entre l'axe principale (celui du levier) et la fixation du bras du piston (voir image plus bas)
Pourriez vous montrer les formules ? j'aimerais pouvoir calculer tout cela seul si jamais je dois faire des modifications (longueurs levier, diametre piston)

Sur la seconde figure il s'agit de la fin de course, c'etait pour montrer le mounvement (1/4 de cercle), donc pas de soucis de ce coté

[Tifoc]

Vous voyez ce qu'est un dénoyauteur ?
Si j'appelle F la force exercée par l'utilisateur au bout du bras de longueur d, et N la force exercée sur le noyau de l'olive qui se trouve à une distance e de l'axe, alors d.F=e.N ce qui traduit l'équilibre des moments exercés sur le bras. Autrement dit N/F=d/e.

80newton c'est un gars costaud, est que 50newton est plus juste pour la force d'une personne ?

En gros, 50 N c'est 5 kg, ou (encore plus en gros) 3 bouteilles de flotte de 1,5 L...

Sur la seconde figure il s'agit de la fin de course, c'était pour montrer le mouvement (1/4 de cercle), donc pas de soucis de ce coté

Si soucis ! Quand vous approchez de la fin de course, la force exercée sur le piston tend vers 0 !
Sur un système tel que celui-ci, la distance e de mon exemple précédent varie au cours du mouvement. Le moment d'une force (en un point A) c'est le produit de cette force par son bras de levier, i.e. sa distance au point A. Or celle-ci se mesure perpendiculairement à la direction de la force. Arrivée "en bas", elle est nulle.

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

Il vaut mieux commencer le mouvement maneton et piston en haut
et finir maneton à 90° et piston en bas.

[invitef449a3e9]

Bonjour,

Pourquoi pas un systeme bielle piston avec un bras de levier fixé sur le volant (moteur )
Reprendre les valeurs usuelles de couple dans les moteurs thermique et adapter a votre utilisation (diametre du piston pour obtenir 20bars) avec 5kg de poussée au bout du levier.

Parcontre j'ai bien peur que le café ne se fasse d'un seule pression, pour passer les 15cl à 20bars dans votre tasse.

De memoire dans les expresso industriel c'est 10bars en sortie de pompe.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Pourquoi un système si compliqué ?
Ici , le levier de commande fait tourner un disque ;
A la place , le levier de commande fait tourner une came qui enfonce le piston de la même valeur en déplacement pour la même course du levier de commande .

[invitec5b52d01]

Bonjour à tous,
Merci pour votre aide, j'avance !

RevaMD, je me suis renseigné un expresso c'est 10 bar minimum, je peux donc reduire la pression que je recherche.

Catmandou, pourriez vous mettre une image d'un principe similaire à celui que vous decrivez s'i vous plait ?
Merci.

[invitecaafce96]

Re,

http://www.planete-sciences.org/robo...transmouv.html : " la came " .

[invitecaafce96]

Re,
Ou encore plus simple , le levier avec un point fixe qui attaque le piston à quelques cm de l'axe : principe des presse-fruits .
http://www.pearl.fr/cuisine/boissons...um_NC3547.html

[invitef0408149]

Bonjour,

L'espresso c'est 10 bars maximum, idéalement 9 bars pour avoir les meilleurs constituants lors de l'extraction. Les machines fabuleuses à 15 bars ou 18 bars c'est du marketing.
Justement, on est dans la pression et le café et j'essaie de comprendre si lorsqu'on envoie la pression d'eau à 9 bars à la surface de la mouture, l'ensemble de la mouture (une galette de 2 cm environ) dans le porte-filtre ne recevra pas 9 bars, la pression va chuter en traversant la mouture avant que le café ne s'écoule dans la tasse. Est ce que la pression chuterait de 9 à 0,xx bars ?
Merci.