В связи с большим ажиотажем, развернувшимся после раскручивания темы воздушно-пузырьковых гидроэлектростанций, обладающих якобы сверхединичным эффектом, решил и я построить небольшую модельку.
Главная проблема- найти подходящую по размерам цепную передачу с возможностью крепления к ней поплавков- решилась неожиданно просто- оказалось, что современные конструкторы прикладной робототехники уже давно выпускают похожие комплектации для роботов на гусеничном ходу. Мне удалось купить набор для апгрейда такого робота одного из китайских производителей- фирмы JIMU. В роли поплавков для всей системы прекрасно подошли упаковки от шоколадных яиц типа Киндер-сюрприз. В них выжигателем прорезал вырезы для воздушных пузырьков, и нержавеющими винтиками М4 прикрепил к пластмассовым тракам. Так как система моя имела ограничения по размерам – в роли емкости пришлось использовать стандартный бутль для питьевой воды объемом 19 литров в отрезанным верхом- то всего удалось сделать кольцевую цепь с 15 поплавками (промежуток между поплавками равнялся 3 свободным тракам). Высота столба воды примерно 35 см.
В роли компрессора использовал аквариумный компрессор типа SONIC 301 на батарейке АА напряжением 1,5 вольта.
В роли генератора сделал самодельный аксиальный генератор, состоящий из ротора с 12 неодимовыми магнитами N42 диаметром 15 мм и толщиной 5 мм, и статора, состоящего из 12 катушек, намотанных на шпульках от швейных машин. Каждая катушка намотана проводом ф0,5 мм в количестве 150 витков, все катушки соединены последовательно (полярность, как и у магнитов, чередуется), общее сопротивление генератора получилось 6 Ом. Теперь расчетно- измерительная часть. Компрессор реально вытесняет из перевернутого стаканчика внизу бочки глубиной 35 см 160 мл воды за 30 секунд, т.е. реальная производительность его составляет 0,32 литра воздуха в минуту на глубине в 0,35м. Соответственно при работе этого компрессора в этой емкости осуществляется подъем этого же объема воды – 0,32 кг на 0,35 метра вертикально за одну минуту.
Механическая работа при этом совершается соответственно A=mgh=0,32кг*10мс2*0,35м=1,12 Джоулей. Соответственно мгновенная мощность привода перемещения этого объема воды будет равна Р=А/Т=1,12Дж/60сек=0,0187 Вт.
Компрессор же потребляет в своем минимуме 1 вольт* 0,16ампер= 0,16 Вт. При этом 15 поплавков совершают полный круг в бочке за 8 секунд- это самое быстрое время, которое мне удалось получить.
Итого чисто по перемещению воды/воздуха мы имеем реальный КПД этого компрессора в нашей поплавковой системе в 0,0187/0,16=0,117=12%.
На видео показана работа с более мощной щелочной батарейкой, когда напряжение и ток у нее выше указанных выше, и составляют 0,29Ампер*1,45Вольт= 0,42 Вт. На выходе же аксиального генератора напряжение на холостом ходу составляет всего полвольта, т.е. даже светодиод не удалось зажечь (низкая скорость вращения). Если же сделать КЗ выхода, то ток, как видно на видео, будет всего 10 миллиампер. То есть выходная мощность составит величину, равную внутреннему сопротивлению, умноженному на квадрат тока, т.е. Рвых=0,01А*0,01А*6Ом= 0,0006Вт.
Итого реально измеренный общий КПД этой установки получился равным 0,0006/0,42=0,0014=0,14%.
То есть даже одного процента, увы, нет.
Безусловно, это очень приблизительная модель, но результат тут не менее очевиден. Даже если удастся увеличить КПД генератора и компрессора в десятки раз, то суммарно все равно мы не выйдем хотя бы в самозапит.
Для желающих повторить дам несколько советов. Цепь и шестерни, как я уже говорил, лучше купить готовыми- мне они обошлись в 20 долларов, купить можно в магазинах детских товаров. Компрессор тоже стоит копейки- 5 долларов. На крепеже лучше не экономить, а сразу купить из нержавеющей стали, т.к. коррозия будет мгновенной- если не сольете после эксперимента сразу воду, то ржавчина появится уже на следующий день, и трение в деталях увеличится в разы. Хотя нержавеющие метизы М4 тоже весьма недороги.
Надеюсь, кому-то мое видео поможет разобраться с этими принципами воздушно-гидравлических ГЭС. И, как говорится, кто хочет- пусть сделает лучше!)
Информация по комментариям в разработке