В какую сторону течёт вода?
Пятничная статья про столкновение задачи из собеседования с реальным миром.
Есть довольна известная задача — перед вами находится металлическая труба с текущей внутри водой. Как определить, в какую сторону она течёт? Её всё ещё могут задать вам на собеседованиях.
По многим задачам с неточной формулировкой уже проходились, давайте разберёмся, что же не так с этой трубой.
Ожидаемое решение — нагреть трубу и посмотреть, в какую сторону будет распространяться тепло. Но тут есть много дополнительных нюансов. Как правило подразумевается, что греть будут газовой горелкой. Встречалось даже ограничение, что у вас может быть любой предмет ценой до ста рублей, что делает задачу практически нерешаемой таким способом, но об этом позже.
Во-первых, надо быть уверенным, что температура воды достаточно низка, чтобы её можно было трогать. Ну, точнее, чтобы можно было понять разницу между «очень горячо» и «очень-очень горячо». Точно сказать сложно, но вряд ли это выше 50 градусов Цельсия.
Во-вторых, надо быть уверенным, что вода течёт со скоростью значительно большей скорости распространения тепла в воде. Например, при скорости потока 1мм/с вы вряд ли поймёте, куда вода движется и движется ли вообще.
В-третьих, надо быть уверенным, что вода не течёт со слишком большой скоростью. Иначе она просто не успеет достаточно прогреться.
Температурная чувствительность человека к разницам температур составляет примерно один градус. Исходя из теплоёмкости воды
4,2 кДж/кг получим, что на грамм протекающей воды мы должны передать в районе 4,2 Джоуля чтобы иметь возможность ощутить разницу температур.
Предположим, что подогревая трубу какой-то горелкой мы передаём трубе примерно половину теплоты сгораемого топлива. Это достаточно щедрое предположение, например хорошие газовые котлы имеют КПД в районе 95%.
Скорость потока в обычном холодном водоснабжении составляет примерно 1м/с. Для обычной трубы 1/2″, скажем в ванной, это даст расход примерно 200 г/с. Будем опираться на эти цифры чтобы иметь представление о том, какого размера должна быть труба, чтобы при привычной скорости потока мы могли определить его направление.
Зайдём с козырей. Предположим, что для решения задачи у вас есть хорошая сварочная горелка, ацетилен и кислород. Расход горелки примерно килограмм ацетилена в час, теплота сгорания примерно 50МДж/кг. Соответственно, в секунду получим примерно 13888 Дж, с учётом низкого КПД трубе передастся примерно 7000 из них. В принципе, можно прогреть на градус трубу с проходом 1.7 кг воды в секунду.
Ну… Решение вроде работает. Но давайте признаем, что большинство программистов никогда не держали в руках сварочную аппаратуру. И глядя на архитектуру некоторых приложений — это к лучшему. Пусть в качестве нагревательного прибора используется обычная газовая горелка со сменным баллоном, вроде той что используется для розжига кальянного угля. Расход газа составляет примерно 100 г/час. Для простоты расчёта возьмём теплоту сгорания пропана такой же, то есть 50МДж. В секунду мы сможем получить 700 Дж. Этого хватит для нагрева 170 грамм воды.
Выглядит уже не так перспективно. Если на дальний конец этой таинственной трубы надет шланг и моя бабушка поливает из него помидоры, то есть поток жидкости по трубе практически не ограничен, то понять направления потока мы уже не сможем. Бабуле придётся слегка зажимать шланг пальцем чтобы задача стала решаемой.
Вообще в условии подразумевалось, что смышлёный соискатель возьмёт зажигалку и нагреет трубу. Я нигде не смог найти нормы расхода газа для зажигалок. Вероятно, проводить подобные изменения никому в голову не пришло.
Возьмём данные по газовым паяльникам. Определённо, это более мощный прибор чем зажигалка, но примем эти цифры для расчёта. Газовый паяльник потребляет примерно 20 мл/час, то есть примерно 10 г/час. Значит с его помощью мы сможем нагревать на один градус примерно 17 грамм воды в секунду.
17 г/с это очень немного. Для такого расхода к трубе должен быть подключен весьма скромный потребитель, например автомат для газировки. Причём это не тот автомат как в торговом центре — пять секунд и поллитровый стакан готов. Это автомат, который наливает стакан очень медленно, с приличествующей случаю торжественностью.
Суммируя всё вышесказанное, задачу нужно было бы поставить следующим образом:
Вы находитесь в бесконечном поле. Перед вами металлическая труба толщиной не более стандартной водопроводнной. В ней течёт вода, температуры не выше 50 градусов Цельсия, со скоростью не более 1 м/с и не менее 1мм/с. Начала и конца этой трубы вы достигнуть не сможете. Какой предмет вам потребуется для определения направления движения жидкости?
Звучит довольно глупо. И это мы ещё опустили совсем уж дурацкие уточнения вроде того, что труба не сделана из галлия, температура вокруг не -190, атмосфера не состоит из гремучего газа или вас не реинкарнировало в бурундука.
Для решения задачи в хоть сколько-нибудь приближенных к реальным условиях вам требуется весьма серьёзное оборудование. С которым работать вы, кстати, скорее всего не умеете.
Как и во всех логических задачах, условности тут просто неисчислимы. Даже если взять задачу с волком козой и капустой — как такое вообще возможно? Вы голый, стоите на берегу реки, перед вами всё это добро и вам надо переправиться? Ах да, берега реки сделаны из адамантия, чтобы вы капусту закопать не догадались. В такой ситуации любой нормальный человек в первую очередь задумается, не позвать ли санитара.
Мы уже прикинули выше, для того, что нормальный человек представляет себе при фразе «труба с водой», тепловое решение практически неприменимо. По крайней мере если у вас нет случайно с собой горелки и двух баллонов.
Тем не менее, можно придумать несколько других решений. Тоже, не без ограничений, но более широко применимых.
Тепловой, но «обратный» вариант — обдуть трубу углекислотой из огнетушителя и посмотреть, как будет стаивать иней.
Можно положить на трубу камертон и слушать звук левее и правее. В направлении движения жидкости звук разнесётся дальше. Тут, впрочем, нужны достаточно большие скорости. Для совсем уж больших скоростей можно будет даже услышать эффект Доплера.
Особо мощные кандидаты могут просто пнуть трубу и посмотреть, в каком направлении волна быстрее затухнет.
При помощи зажима с регулировкой усилия можно сжать трубу, чтобы уменьшить проход, и затем замерить усилие необходимое для её сжатия с обеих сторон от сужения.
В общем решения есть. Но весьма причудливые для столь простой задачи. И все они сложнее очевидного — дойти до конца трубы. В реальном мире бесконечные трубы не встречаются. Более того, там где это важно, направление движение жидкости указывается при монтаже. И даже есть клапаны, препятствующие обратному движению.
К сожалению, такие задачи ничего о кандидате не скажут. Ну кроме того, что он любит на досуге решать головоломки.
Источник
Какая труба лучше для водоснабжения? Виды труб водоснабжения.
Металлопластик
• ПВХ оболочка
• Полиэтиленовая обкладка
• Алюминиевая трубка или фольга
• Внутренняя полиэтиленовая обкладка
Также существуют фитинги для металлопластика, которые лишены таких минусов, к таким соединениям относят «ПРЕСС фитинги». Единственный минус – необходимость иметь «ПРЕСС инструмент». Для правильного и безопасного изгиба трубы из металлопластика необходимо применять пружинный кондуктор. Он не позволит повредить трубу. А чтобы аккуратно зачистить срез трубы необходимо использовать калибратор.
В наши дни металлопластик очень распространен. Труба из металлопластика годится для теплых полов, отопления, водоснабжения. Имеет очень малые температурные удлинения. Ее можно применять для стояков водоснабжения в многоквартирных домах, труба устойчива к опрессовке, не поддерживает коррозии и постепенного засорения от примесей ржавчины. Но если в вашем доме имеется такой неприятный фактор, как блуждающие токи в стояках водопровода – надеяться на долгую эксплуатацию такой трубы мы Вам не советуем. Так как на практике в местах цанговых соединений в связи с тем, что алюминиевая кромка соприкасается с фитингом, возникает место окисления и в таких местах происходит разрушение трубы. Его можно с легкостью выявить, проявляется в виде вздутия трубы.
Также металлопластик подразделяется по толщине алюминиевой трубки или фольги. Поэтому, выбирая дешевый металлопластик, Вы обрекаете себя на возможные мучения и прорывы трубы. Лучше взять качественный металлопластик, пусть он будет немного дороже, но зато быть уверенным, что такая труба прослужит долго.
Полипропилен
Помимо трех типов разновидностей, полипропиленовые трубы различаются толщиной стенки и соответственно выдерживаемым давлением. Самые распространенные размеры это: PN10, PN20, PN25.
Что означают эти цифры? PN – это номинальное внутреннее давление (бар) жидкости с температурой в 20 градусов Цельсия. Это означает, что труба может держать безотказно такое давление в течение 50 лет.
К плюсам конструкции водоснабжения из полипропилена можно отнести стоимость материалов относительно водоснабжения из металлопластика. Малые теплопотери относительно металлопластика. Минус применения трубы для отопления в том, что полипропилен – это пористая структура. Материал, из которого сделана труба, постепенно пропускает кислород. Труба как бы дышит, насыщая жидкость кислородом. В результате в закрытые системы отопления необходимо подпитывать. Однако так как периодически необходимо теплоноситель менять в системе отопления, то этот минус перерастает в плюс. В плюс для водоснабжения – ведь такая вода в трубах всегда будет насыщена кислородом, что препятствует эффекту прокисания и неприятных запахов.
По сравнению с другими видами труб, полипропиленовые имеют довольно значительное тепловое удлинение. Что пагубно влияет при жесткой фиксации трубы. При сборке водоснабжения или отопления из полипропилена необходимо предусмотреть факт движения трубы. Например, на расстояниях более 10 метров всегда ставят компенсаторы расширения. Выглядят они в виде колец, которые гасят ход трубы и не дают ей порваться.
Одним из фактов труб из полипропилена является ее мягкость при нагреве. Таким образом, все трубы из полипропилена ограничены максимальной температурой в 90-95 градусов Цельсия. Также при нагреве до 70 градусов Цельсия труба провиснет на больших участках, поэтому ее рекомендуется крепить через каждые 50см.
Заметим, что труба армированная алюминием избавлена от эффекта провисания, но сохраняет те, же свойства удлинения, что и обычная не армированная труба.
Труба, армированная стекловолокном, также имеет продольное удлинение, но намного меньше, чем без армирования. Она уже не так провисает. Является оптимальным вариантом между трубой без армирования и трубой с алюминиевым армированием. Почему так? Дело в том, что трубу армированную алюминием не везде можно найти, а ставить без армирования на горячую воду плохо, так как удлинение такой трубы составит на 1 метр примерно 10см при температуре 75-80 градусов Цельсия.
Фитинги под полипропилен встречаются разных модификаций. Например «пятерник», используется для двухтрубной прокладки. Для такой прокладки есть специальные крепежные двойные клипсы. Муфты и тройники с переходом на металлические соединения.
Бурт для подключения полипропиленового водоснабжения к фланцевым соединениям из металла. Бурты для водосчетчиков. Одним словом разнообразие велико, в связи с большим распространением водоснабжения и отопления из полипропилена.
Недостатком такого водоснабжения или отопления является лишь то, что все фитинги и труба спаиваются методом термической пайки специальным инструментом «ПАЯЛЬНИКОМ».
В отличие от металлопластика – полипропилен становится хрупкий при отрицательных температурах и также подвержен разрывам. Благодаря эластичности стенок замершая жидкость не деформирует трубу, что снижает вероятность разрыва трубы, в отличие от той же трубы из металла.
Cшитый полиэтилен для водоснабжения
• ПВХ оболочка
• Полиэтиленовая трубка, сделанная по технологии сшитого полиэтилена
Существует два вида фитингов: пластиковые и латунные. Это дает широкий спектр в ценовой категории. Однако на практике пластиковые соединения лучше использовать импортных итальянских или немецких производителей. Так как дешевые пластиковые соединения чаще всего может разорвать. Все это давно проверено горьким опытом тех, кто захотел сэкономить.
На латунных же фитингах такой водопровод становится самым безопасным и долгослужащим. Он не дает ржавчины и вредных отложений, а самое важное — соединения никогда не разорвет.
Соединения схожи с «ПРЕСС фитингами» от металлопластика и сшитого полиэтилена для теплых полов. Принцип соединения прост:
Специальным инструментом труба разжимается, и под действием молекулярных связей она начинает сжиматься (обычно от 3 до 10 минут), в это время вставляется конец фитинга и соединение запрессовывается гильзой снаружи. Никаких прокладок и резиновых колец. Специальные кольцевидные ребра на конце фитинга врезаются в структуру трубы, и соединение становится плотным и долговечным.
Такая труба идет в бухтах как металлопластик и ее можно раскатать прямо на месте, закрепив трассу проложенной трубы, Вы с легкостью ее можете обрезать в нужном месте и оконцевать фитингом. Удобно, не правда ли. В отличие от полипропилена – эта труба уже может заливаться в бетон, что позволяет прятать в стенах без мыслей, что где-то, что-то разорвет или произойдет течь. Конечно же, вместе с плюсами перешли и минусы, например такая труба, может эксплуатироваться только до 95 градусов Цельсия, а также имеет небольшое линейное расширение. Правда оно настолько мало, что тот же полипропилен проигрывает по своим свойствам. Еще один плюс такой трубы в том, что такая труба, как и полипропилен не позволяет распространяться блуждающим токам, что позволяет такой водопровод отнести в раздел безопасного водоснабжения.
Питьевая ПНД труба
Делается из полиэтилена, соединения которого образуются в барокамере с вакуумом, в которую подается аргон с сырьем. Отсюда и название «Полиэтилен Низкого Давления», но, несмотря на специфичность названия, труба ПНД сможет выдержать давление от 10 до 100 атм. Труба ПНД содержит до 70%-80% полиэтилена, благодаря этому она жесткая и имеет ограничения по температуре, всего 70 градусов Цельсия. В результате, такое ограничение само собой позволяет применять трубу только для подачи холодной воды с температурой не выше 30 градусов Цельсия.
Однако, не смотря на узкий спектр своих характеристик, такой вид водоснабжения широко применяется для подачи воды в дом из скважины. Применяется для водопровода на даче. Конечно же, ввиду специфичности материала такая труба боится ультрафиолета – начинает постепенно разрушаться структура молекулярных связей материала. Такой минус сокращает срок службы трубы и может привести к прорыву трубы в этом месте. Поэтому на улице такую трубу прокладывают в грунте или в специальных каналах, где нет доступа солнечных лучей. Срок службы такой трубы гарантирован до 50 лет, однако используя такую трубу на открытом доступе солнечных лучей, срок службы сокращается до 15-20 лет.
К плюсам относятся простота монтажа и прочность соединений фитингов, а также морозостойкость трубы. К примеру, Вы забыли по окончанию сезона слить воду из системы, то переживать нет смысла. Превращаясь в лед жидкость, будет расширяться, а благодаря своей эластичности труба расширится и останется целой. К исключениям можно отнести фитинги и краны – там нечему расширяться.
К одной из характеристик трубы можно отнести ее радиальное расширение, которое составляет до 30%.
Подробнее о типах и разновидностей трубы ПНД Вы можете прочитать в нашей статье.
Соединяется водопровод из ПНД трубы по принципу схожим с соединением «ЦАНГА».
Соединение раскручивается, из него вытаскиваются конусная цанга-кольцо, уплотнительное конусное кольцо. Все это одевается на трубу, и труба вставляется до упора в сам фитинг. В фитинге имеется уплотнительное резиновое кольцо, которое является прокладкой. Затем вставляется уплотнительное конусное кольцо, за ним подтягивается пластиковая цанга и соединение затягивается крышкой. Стягивая соединение, труба зажимается и плотно упирается в стенки фитинга, а резиновое кольцо, расширяясь, закрывает все микро щели, которые могут пропускать жидкость. Такое соединение сильно затягивать нет смысла.
Ошибкой большинства является то, что они как с железной трубой, тянут так сильно и в результате срывают резьбу или ломают само соединение, либо происходит разрыв резинового кольца. Для затяжки фитингов необходимо использовать специальный «Ключ для ПНД фитингов».
В отличии большинства видов водоснабжения ПНД трубы применяются также для подачи центрального водоснабжения, такой водопровод не ржавеет, и долговечен. Помимо цанговых соединений к ПНД трубам и фитингам применяется термосварка. Существует огромное разнообразие фитингов, как фланцевые и приварные соединения, так и резьбовые, компрессионные, врезки в трубу. Это позволяет расширить спектр применения данного вида трубы.
По себестоимости водоснабжение из такой трубы можно приравнять к водопроводу из полипропилена, однако ввиду хрупкости полипропилена при отрицательных температурах, лучше выбрать ПНД трубу.
Также среди питьевого ПНД водоснабжения также применяется и техническая ПНД труба. Такая труба мягче ввиду содержания полиэтилена всего до 30%. По свойствам ПНД материала она также соответствует питьевой, но применение такой трубы для питьевого водопровода не желательно. Так как 70% материала такой трубы составляет вторсырье, в котором могут содержаться токсичные пластики.
Источник
