Resursele energetice primare ale lumii, încă neprivatizate, sunt atmosfera, apele curgătoare și, parțial, mările. M-a preocupat recuperarea de energie din resursele neizoterme existente, accesibile cu mijloacele tehnice moderne, cu unele adaptări, dar fără nicio limitare a mărimii purtătorilor de energie și a celorlalte particularități ale lor, ca masă, formă, volum.
Folosind legea lui J.C. Maxwell – de repartiție pe viteze a moleculelor unui gaz real – și a lui L. Boltzmann – de dependență a energiei cinetice medii a moleculelor de temperatura lor -, se poate arăta că o masă de aer atmosferic de 15°C este un amestec intim, la nivel molecular, de circa 39% masic cu temperatura medie de +240°C, cu 61% având –130°C, foarte departe de izotermia de 15°C în care se credea înainte de anul 1900; de asemenea, zecimea maximă cea mai fierbinte a aceluiași aer are 480°C, iar cea mai rece 160°C.
Imensa majoritate a specialiștilor este afectată de rapiditatea modificărilor de multe milioane de ori pe secundă a vitezelor și a pozițiilor fiecărei molecule, când nici măcar eficiența fantastică a demonului propus ca soluție (alegorică, desigur) de însuși Maxwell nu este credibilă. Știința contemporană dă totuși semnale privind extragerea, din masa de molecule, a unui grup cald, separat net de restul relativ rece.
După mulți ani de căutare a unor soluții de valorificare a acestor resurse, am reușit explicarea științifică a 5 experimente considerate „bizare și inexplicabile” pentru savanții care le-au analizat sub coordonarea profesorului american E. Eckert . Descoperisem anterior implicarea forțelor Van der Waals în procesul de separare a energiilor cinetice moleculare și explicasem, împreună cu fratele meu, matematicianul Octavian Stănășilă, comportarea tubului Ranque.
Acesta se prezintă ca un cilindru metalic gol, unde pe la un capăt (cel rece) se introduce tangențial-transversal un jet de aer la 6 bari și 30°C și prin orificiul central iese o parte din aer la circa 30°C în medie; restul iese pe la celălalt capăt, periferic, mai cald, la circa 60°C. Folosind măsurătorile de mare migală ale lui Hilsch, am demonstrat relația:
- w = viteza de deplasare a poziției de desfășurare a procesului
- R = constanta universală a gazelor
- μ = masa moleculară
- Tc (respectiv Tr) = temperatura gazului cald (respectiv rece)
- a = difuzivitatea de temperatură
- ρ = densitatea gazului, eventual a amestecului gazos
- x = abscisa traseului de desfășurare a procesului.
O redare a întregii complexități a evoluției o va asigura asocierea mișcării cilindrice uniforme a gazului cu deplasarea radială uniform accelerată. Analizând toate experimentele ciudate prezentate de Eckert, care includeau tubul Ranque, am demonstrat, cu relații calitative, dar și cantitative, că, în toate cele 5 cazuri, energiile cinetice mari și mici se propagă în sensuri contrare, cu intensități proporționale cu derivata a treia a densității în lungul distanței parcurse (conform relației anterioare).
Pe lângă cazurile studiate, cu evoluții particulare, în medii gazoase nestaționare, cu structuri întreținute numai prin mișcarea continuă a gazelor respective, am realizat cu succes un experiment asistat de prof. dr. ing. Sz. Lanyi. Mai mult, am reușit să dau o explicație și pentru pila lui Vasilescu-Karpen.
Neavând motivații să cred că descoperirile nu s-ar aplica și la solide, am găsit modalități de variație controlată a densității, după reguli prestabilite. De exemplu, prin obținerea solidului respectiv din două componente vaporizate, cu egalarea temperaturilor vaporilor prin preîncălzirea adecvată a componentei reci și desublimarea amestecului pe o suprafață mobilă, suficient de rece. În lipsa unor condiții corespunzătoare unor experimente de finețe, am reușit numai rezultate parțiale, cel mult încurajatoare.
În continuare, cu experiența câștigată, propun două variante de instalație, care ar putea separa și apoi capta componentele calde și reci ale unor mase gazoase.
A. Un ventilator introduce axial aer din atmosferă într-un cilindru orizontal, rotit uniform. Aerul este dirijat între doi cilindri coaxiali cu cel primar, amplasați la o rază medie de circa o treime din raza R a carcasei acestuia și, prin orificiile practicate în mantăile cilindrilor medii, circa o treime din fluxul de aer este trimis spre exterior, iar două treimi în interiorul celuilalt.
Rotația ansamblului cu viteza unghiulară ω face ca fiecare moleculă aflată la distanța r de ax să fie supusă unei accelerații centrifuge acf, cu modulul rω2, variabil linear cu r, direcționată radial și cu sensul numai cel de îndepărtare de ax; acf supune fiecare moleculă unei viteze acf τ=rω2τ, τ fiind timpul până la prima schimbare intervenită în deplasarea liniară a moleculei, cauzată de ciocnirea următoare.
Haosul molecular, gestionarul energiei gazului sub forma cea mai abordabilă, cea cinetică, scurtează deplasările rectilinii, dar acf poate asigura componente de viteze îndeajuns de mari pentru a determina prioritățile deplasărilor cvasi radiale. Totalul acestora crește aproape linear cu r, iar energiile cinetice cresc cu r2.
Din instalație se vor evacua gaze fierbinți pe la periferia cilindrică (r=R) și care se vor colecta ca masă gazoasă caldă. Similar, în zona razelor mici, moleculele cu viteze descrescătoare, mereu mai reci, vor fi evacuate din sistem în zona axială, ca masă rece, extrasă de fapt din aerul introdus continuu în instalație, din care se vor separa, deci și colecta, doar două componente, una caldă și alta rece.
Cilindrul va fi compartimentat și umplut cu un material special, poros, pentru corectarea traiectoriilor moleculelor gazului. Se realizează astfel selecția, divizarea teoretică a masei de aer introdusă în instalație la 15°C (de exemplu), în două componente: 61% din masa totală cu 130°C și 39% cu 240°C. Practic, sunt așteptate valori apropiate de cele menționate, cu măsuri adecvate pentru eliminarea dificultăților create de umiditatea aerului atmosferic la temperaturi foarte joase.
Așa cum am arătat, s-ar fi putut cunoaște de peste un secol că, în atmosfera ambiantă, există diferențe de temperaturi mai mari de 500°C pentru 10% din masa gazului, cu durată infimă de numai o miliardime de secundă. Componenta cu temperatura de peste 500°C a flăcării de aragaz, prin care în doar o sutime de secundă (de 100.000 de ori mai scurtă!) trecem degetul, fără să simțim nici o senzație de arsură, arată că simțurile noastre sunt prea slabe pentru fenomene atât de rapide, ceea ce justifică întârzierea reacției specialiștilor.
B. O instalație care să valorifice energiile cinetice ale particulelor care compun sursa energetică primară (aer atmosferic, apă de lac sau râu, din mări sau oceane, ape termale, reziduuri mai calde ca ambianța etc), concepută să simplifice și să favorizeze procesele.
Aceasta constă dintr-un cilindru metalic rotitor, cu ax vertical, în care se află un gaz captiv (de exemplu, argon), la presiunea de 10…20 bari sau un gaz împrospătat mereu. Gazul ocupă zona exterioară, a razelor relativ mari, amenajată cu pereți subțiri verticali-radiali și orizontali, necesari dirijării evoluției gazului. Rotirea cilindrului asigură un câmp de accelerații radiale și, între două ciocniri consecutive, aceste accelerații măresc cu aτ viteza de deplasare a particulei în vibrație (cu notații uzuale, τ este timpul de zbor , a=vτ2/r și v=(3kT )1/2).
Ciocnirile înseamnă numeroase predări și preluări de ștafete purtătoare de energie, realizând deplasarea radială îndeosebi de energie și nu de masă. Energia termică se introduce cu un agent termic, preferabil apa, care ocupă un spațiu restrâns și care încălzește gazul din preajma schimbătorului respectiv de căldură, cilindric-circular, construit cu o relativ mică rază.
Schimbătorul va necesita măsuri de intensificare a transferului termic, viteza gazului receptor fiind aproape nulă. Fața verticală a cilindrului metalic se va încălzi la peste 200°C și va fi acoperită de suprafețe de contact pentru semiconductori sau sudurile calde ale termocuplurilor, legate în serie, în scopul unei tensiuni de lucru de 220V sau în paralel, pentru o putere satisfăcătoare.
Un cilindru cu diametrul și înălțimea de câte 2 m poate alimenta consumatorii cu 150 kW. O baterie de acumulatori de 5 kWh permite variații ale puterii estimate la 20% pentru durate scurte. Cilindrul interior rece constituie ansamblul de contacte reci pentru cele fierbinți, menționate anterior. O carcasă termoizolatoare acoperă toată partea caldă și semicaldă a instalației, reducând irosirea căldurii furnizate de energiile cinetico-moleculare.
Pentru o experimentare rapidă, propun o instalație, cu dimensiuni prestabilite: o țeavă orizontală Φ 60 mm x 1,0 m, izolată termic cu circa 60 mm polistiren expandat în părțile calde și foarte calde ale țevii, este rotită cu o turație reglabilă cu până la 900 rot/min, de un motor de max. 500 W; niște termocupluri vor măsura temperaturile țevii în zona capetelor și centrului de rotație; țeava va fi umplută cu aer, dar experimentată și plină cu argon, la presiuni de max. 10 bari și va fi compartimentată cu folii de inox subțire (mult mai neconductiv decât aluminiul sau cuprul, diminuând recirculările termoenergetice interioare).
În condițiile precare ale atelierelor românești, se poate încerca acest experiment primar, care va impulsiona depășirea dificultăților de lansare a instalațiilor mai complexe. Printre consecințele acestor experimente, întrevăd că, prin înserierea a două instalații de felul celor propuse, se va obține din ambianță, atmosferă și ape energie termică la temperaturi până la 600°C, inclusiv pentru generatoare de abur, acoperind diverse nevoi.
O mare parte din energia produsă va putea fi obținută ca energie electrică, prin montarea de semiconductori, atât pe fața fierbinte a cilindrului, cât și pe o placă răcită de aerul evacuat. Prin legături în serie și paralel, se va obține tensiunea nominală, se va putea descentraliza producția de energie și se vor simplifica rețelele de transport și distribuție.
