Energia wirującej masy.

Obiecująca forma magazynowania energii, wirujący walec. Urządzenie dość proste w wykonaniu na 1 rzut oka. Same ilości energii jakie może przenosić też są bardzo duże. NASA wykonało nawet prototyp i użyło go na stacji kosmicznej, walec obracał się z prędkością 50 000 obr na min. Jedyny problem z tego typu urządzeniami jest taki, że nie bardzo jest jak zniwelować tarcie łożysk i powietrza, które zatrzymuje walec. Ale są pewne możliwości rozwiązania tych problemów, np umieszczenie w komorze próżniowej następujących rozwiązań.:

1. Uzycie małych łozysk o małych powierzchniach tarcia, ale wykonanych z niemal kosmicznych stopów, takie łożyska może wytrzymały by kilka miesięcy….
2. Użycie systemu łożyskowo magnetycznego, np w początkowej fazie obrotów walec ustawiony pionowo (ośka pionowo) rozkręca się na łożyskach, gdy nabierze odpowiednich obrotów unosi się w powietrze jak pospolity lewitron na poduszce magnetycznej przy czym wał napedowy lużno osadzony łączy się z napędem prądnico silnika.
3. Walec pionowo ale osadzony na szpilce z diamentu – pewnie jakiś czas by to chodziło ….
4. Walec wirujący nad nadprzewodnikiem, niestety możliwe tylko na dalekiej północy :)

Nie mniej zasada jest jedna, opory miejsc gdzie jest osadzony walec muszą być skrajnie minimalne. Materiał z jakiego może być walec jest dowolny, najlepiej jak by to był materiał ciężki i tani, najlepiej wypada chyba beton, który musiał by być w takim układzie porządnie zbrojony i równo zbrojony. Poniżej pokazuje obliczenia dotyczące walca.

Energie wyrażać się tutaj będzie w Dżulach. Dla łatwiejszego zobrazowania podpowiem ze akumulator samochodowy o pojemności ok 50 Ah to ok 2 MJ mniej więcej energii. Podstawowe wzory:

Moment bezwładności walca pełnego: I = 1/2*m*r^2, gdzie m to masa w kg, a r to promień walca.

Energia kinetyczna: E = 1/2*I*w^2, gdzie I to powyższy moment bezwładności, a w (omega) to prędkość kątowa walca.

Prędkość kątowa: w {rad/s} = (2pi*n)/60 {obr/min}

Przykładowa waga substancji, np żelazo w zaokrągleniu ok 8000kg/m3, ołów ok 11000kg/m3, beton ok 2000kg/m3

Wzór na objętość walca:  V = pi*r^2 * h, zatem masa walca to Waga substancji (w m3) * objętość (w m3)

Obliczamy:

Walec o wadze 100kg, 1000 obr/min, promień 1m
1000 obr/min to ok 104 rad/s
I = 50
E = 270 kJ czyli tyle ma energii w sobie ten walec jak by ją odzyskiwać od 1000 obr do zera (oczywiście odzyskanie do zera przez prądnice nie jest możliwe, ale liczymy teoretycznie) jest to mniej wiecej tyle co ma bateria 12V 6Ah.

A może zwiększyć średnicę bez zwiększania wagi ?

Promień 2m a reszta j.w.

E = 1000 kJ czyli bez zwiększania masy walca ani obrotów po zwiększeniu promienia mamy już 4x więcej energii, czyli już prawie tyle co w akumulatorze od malucha 126p.

A może by tak dla jaj zwiększyć teraz masę i zobaczyć co będzie ?

1000 obr/min, masa 200kg, promień 1m

E = 540 kJ, czyli wniosek taki, że jak mamy 100kg złomu to lepiej przyklepać je na kowadle na placek niż dokopywać drugie 100 aby było 200 i nie przyklepywać na placek.

Są zady i walety takiego rozwiązania, większa średnica implikuje konieczność lepszego wyważenia, większa jest też podatność na wpadnięcie w jakieś drgania, mniejsza średnica niweluje te wady ale za to trzeba więcej kosztownego materiału. Nasuwa się też zapytanie, a może by tak użyć tego do napędu pojazdu ?  Owszem można, ale są pewne wady, pojazd był by dość mocno poddany momentowi żyroskopowemu tego urządzenia, czyli przy sprzężeniu z karoseria karoseria cały czas by stała w 1 równoległej pozycji do ziemi. Czyli oś walca była by ciągle równoległa do wektora grawitacji, wyglądało by to dość dziwnie od boku patrząc. Pojazd zachowywał by się jak by jechał po szynach mimo że pod sobą ma polskie dziury w jezdni, gorzej było by na podjazdach, pojazd zachowywał by ustawienie równoległe do grawitacji co przy ostrym podjeździe mogło by sprawić ze np tylna oś pojazdu wisi w powietrzu. Tu to dobrze widać http://www.youtube.com/watch?v=T3E-iZZV0gE wygląda to trochę jak czary mary ale takie są prawa fizyki. Zjawisko to wykorzystuje się na okrętach do stabilizowania ich na wodzie, na stacjach kosmicznych do ich stabilizowania względem ziemi oraz w pewnym motocyklu, który dzięki żyroskopowi stoi na 2 kołach bez podpórki Lit Motors C-1 http://www.youtube.com/watch?v=xdmgDgcZfvY&feature=related . Pewnym rozwiązaniem “usztywniania” samochodu przez moment żyroskopowy może być umieszczenie walca w ruchomej konstrukcji z przegubami, aby nie był sztywno połączony z konstrukcja samochodu.

Przeliczmy jeszcze na koniec walec o promieniu 2m i masie 1 tony, no i 1000 obr/min

E = 10000kJ, czyli 10 MJ, to już dość sporo, licząc że odzyskujemy energie od 1000 do 200 obrotów to mamy jakieś 8 MJ do użycia, co można z tym zrobić ? Zasilić np grzałkę o mocy 1 kW przez ponad dwie godziny. Wynika to z tego, że 1W to 1J*s. Oceny przydatności tej technologii pozostawiam czytelnikom….

Komentarze wyłączone.