Un inginer din SUA a creat un motor genial de simplu, care poate opera fără electricitate şi fără carburanţi, însă o poate face doar noaptea

De când există motoarele, inginerii au încercat să evolueze construcţia lor în a folosi cât mai puţină energie iniţială pentru a obţine cât mai multă forţă de mişcare finală. E o tendinţă continuă pentru un randament mai mare, dar şi pentru diversificarea tipului energiei iniţiale folosite. Marea majoritate a motoarelor folosesc drept energie iniţială fie o formă de carburant, care e inflamabil şi poate fi supus combustiei, generând mişcare mecanică în acel proces, fie electricitate, care e transformată în flux electromagnetic, care generează mişcarea rotorului. Un deziderat existent dintotdeauna ar fi să existe un motor care ar putea opera fără electricitate şi fără carburant, captând alte forme de energie. Ei bine, acum profesorul inginer Jeremy Munday, de la Universitatea Davis din California, a creat motorul care poate opera fără electricitate şi fără carburanţi, însă o poate face doar noaptea.

Foto: Profesorul inginer Jeremy Munday şi motorul său

Nu, nu e vorba de un perpetuum mobile idealist, ci de un motor care captează efectele fizice din interacţiunea mediilor din jurul său într-un mod genial de simplu. Deocamdată e un motor mic, dar a putut demonstrat că-şi captează energia şi generează forţa nu doar pentru mişcarea propriului ax de propulsie, ci şi pentru a pune în mişcare un ventilator care mişcă un flux de aer, ba chiar şi pentru a pune în mişcare un mic generator. Deci, vorbim de un motor în toată legea, care poate învinge şi o rezistenţă în calea propulsiei sale.

Foto: Construcţia noului motor

Inginerul american a pornit de la ideea motorului Stirling la bază — un motor inventat acum mai bine de 200 de ani, în 1816, de Robert Stirling. Acest tip de motoare a fost inventat drept alternativă pentru motoarele cu abur şi are la bază ideea de a transforma căldura în mişcare. Motorul Stirling are un recipient în care se conţine gaz, drept cameră principală a motorului, dar acest gaz nu trece prin combustie şi nu părăseşte niciodată motorul. Deci e un gaz aproape încapsulat acolo, care rămâne pentru totdeauna în acea cameră. La încălzirea sa, gazul îşi creste presiunea şi împinge un piston, după care, o dată cu dilatarea bruscă, îşi scade temperatura şi pistonul revine înapoi. Apoi gazul trece printr-un nou ciclu de recepţionare a căldurii, împingere a unui piston, expansiune şi răcire. Aici poate exista o mică analogie cu lichidul refrigerant dintr-un aparat de aer condiţionat sau o pompă de căldură, care se răceşte brusc când se deschide valva de expansiune, apoi acelaşi lichid trece prin vaporizare şi compresie la presiune, când ajunge în zona compresorului. Nu e o analogie directă, ci doar pentru a înţelege cum poate avea loc răcirea rapidă a gazului din interior.

Foto: Motor Stirling clasic

Aceste cicluri au loc foarte rapid şi acel piston se transformă într-o sursă de propulsie, conectat de obicei cu un arbore cotit şi un arbore cardanic. Pentru că în interiorul acelei camere a motorului nu are loc niciodată combustia gazului, împingerea pistonului e silenţioasă, iar motorul ajunge să funcţioneze excepţional de silenţios, motiv pentru care şi-n zilele noastre aceste motoare sunt folosite mai ales la submarine. Chiar şi cei mai nou submarin suedez proiectat de Saab, dispune de un asemenea motor Stirling. Dar şi chinezii experimentează cu ele, chiar şi cu evoluţii ale lor în formă termoacustică.

E nevoie de sursă exterioară de căldură ca acest motor să funcţioneze, iar de obicei acea sursă e o flacără deschisă, care arde continuu, din acest motiv propulsorul Stirling fiind numit şi motor cu combustie externă, întrucât combustibilul necesar acelei flăcări arde în exteriorul camerei motorului.

Ei bine, inginerul american despre care vorbim azi, inventatorul motorului fără combustibil şi fără electricitate, ne aminteşte că, de fapt, motoarele Stirling n-au nevoie de combustie pentru a funcţiona, ci de diferenţă de temperatură între mediul cald şi rece. Combustia e în prezent folosită pentru a amplifica această diferenţă de temperatură şi a mări puterea acestor motoare. Dar, dacă s-ar putea asigura un mediu mai cald în natural şi unul mai rece în mod natural, atunci acelaşi motor Stirling poate deveni motorul care nu mai are nevoie de combustibil sau de electricitate.

Şi exact asta a conceput inginerul american, bazându-se pe un principiu fizic al răcirii radiante şi a aşa-numitei ferestre atmosferice. Acest principiu spune că o suprafaţă îndreptată spre cerul nocturn va avea o disipare de căldură mai accelerată, datorită lipsei de raze radiante de la soare şi va ajunge mai rece decât aerul ambiant din jurul său. Acest lucru e valabil doar în nopţile senine, cu umiditate redusă sau normală, pentru că umiditatea mare din aer blochează acest efect fizic.

Foto: Schema de funcţionare a noului motor

Pământul e o sursă permanentă de căldură, ca şi în energia geotermală, iar construcţia noului motor prevede pur şi simplu două plăci metalice — una din ele fiind mai mică şi poziţionată mai jos, pentru a prelua căldura pământului. Cealaltă e poziţionată ceva mai sus şi e mai mare în suprafaţă, fiind menită să disipeze căldura spre cerul nocturn şi să devină chiar mai rece decât aerul ambiant. Tot ea e conectată fizic cu partea „rece” a motorului.

Iar diferenţa de temperatură dintre cele două plăci e suficient de mare încât să pornească efectul de expansiune a gazului conţinut în camera de propulsie a unui motor Stirling.

Anume asta e construcţia acestui nou motor, iar până a-l anunţat acum, inginerul şi un coechipier de-al său au făcut experimente cu măsurări timp de un an. Au reuşit, spre exemplu, să atingă condiţii în care placa superioară avea 7 grade Celsius, iar cea inferioară 22 grade Celsius. Atunci când se obţinea o diferenţă de temperatură de 8-15 grade între placa de sus şi cea de jos, motorul funcţiona cu minim 1 Hz, adică o turaţie pe secundă, sau 60 rpm. Asta permitea, spre exemplu, să se propulseze un ventilator care asigura un flux de aer de 0,3 metri pe secundă.

Totuşi, puterea motorului e foarte modestă, de 0,4 W/m2 de suprafaţă. O placă de 10 metri pătraţi ar asigura motorului doar 4 W, iar una de 50 m2 — doar 20 W putere de propulsie. Pentru a avea 1 CP, ar fi nevoie de 1.838,75 metri pătraţi de placă, deci 0,18 hectare.

Tocmai de asta, motorul e mai degrabă compatibil cu solicitări de putere mică, pentru ventilarea lentă a serelor, sau cu alte funcţii similare. Şi poate funcţiona doar noaptea, doar în nopţile senine, fără umiditate mare. Condiţii cât se poate de specifice şi limitate, deci, dar faptul că acest principiu ingineresc a fost demonstrat drept posibil e deja admirabil şi tot ar putea exista nişte utilizări curioase ale acestui motor care n-are nevoie de combustibili şi electricitate.