¿Cómo hago que funcione una máquina de vapor, con casi cero hidrocarburos o, para el caso, biomateria, para usarla como combustible?

Digamos que mi nave colonial se estrelló en un planeta sin atmósfera. Claro, puede haber bolsillos subterráneos que hayan desarrollado vida primitiva, pero el azufre y el fósforo son escasos en los hábitats subterráneos autosuficientes que los colonos hemos excavado, y no vamos a dar nada con el propósito de cultivar. las algas nativas como combustible.

Nuestra impresora 3D falló, ya que no era lo suficientemente avanzada como para imprimir sus propias piezas de repuesto o una impresora de repuesto (una forma de evitar la IA desenfrenada, larga historia). Supongamos que el planeta es idéntico en composición a la Tierra, con varios cambios importantes: sin atmósfera, sin biosfera y esencialmente sin hidrosfera (menos bolsas de agua debajo de la superficie), y que nunca ha visto ninguna forma de vida extendida: no tiene combustibles fósiles o hidrocarburos para quemar. Además, supongamos que tenemos conocimiento de un nivel de tecnología del siglo XXI disponible, pero que en gran medida nos hemos retrasado hasta el comienzo de la Revolución Industrial en términos de lo que realmente podemos producir.

¿Cómo reinventamos la máquina de vapor en estas circunstancias?

¿Placas tectónicas?
¿Cuánta potencia requieres? Para qué ? Una máquina de vapor suena como una elección extraña en estas circunstancias. Probablemente haya baterías y paneles solares en el barco o equipo suficiente para hacer, por ejemplo, una bomba de calor. ¿Qué comen porque presumiblemente ese es un combustible potencial? Nos dijiste lo que el planeta no tiene, pero no lo que está fácilmente disponible.
Si estás varado en un mundo sin vida y sin aire y tus capacidades de producción no son mejores que las de finales del siglo XVII (= "comienzo de la Revolución Industrial"), entonces vas a morir. Lo siento.
@StephenG El problema es recuperar los elementos vitales una vez que quemas algo. En cuanto a los recursos, lo que está disponible es cualquier cosa que encontraría en la corteza terrestre.
@AlexP Como dije, tienen hábitats autosuficientes y conocimiento de la tecnología del siglo XXI. Pusieron refugios en funcionamiento antes de que sus fabricantes de piezas y talleres se quedaran sin piezas de repuesto.
Quieres decir que ahora mismo tienen hábitats autosuficientes. Pero no pueden fabricar piezas de repuesto, porque su capacidad de producción se limita a fines del siglo XVII. Nada hecho por manos humanas mortales tiene una vida infinita. Los hábitats fallarán y no podrán repararlos. Están muertos.
@AlexP Sus capacidades de producción están limitadas a fines del siglo XVII hasta que se inician.
¿Pasar del siglo XVII al mantenimiento y reparación del generador airDome antes de que fallen los domos? Sí, están muertos.
Las piezas y los componentes modernos requieren una base industrial moderna para impulsarlos. Muchos componentes clave serán imposibles con cualquier tecnología de impresión 3D, ya que un dispositivo de este tipo no puede hacer todo (y de hecho se ha asegurado de que sea así porque no puede crear un clon de sí mismo). El conocimiento de cómo hacer algo significa que puedes hacerlo en un sentido práctico. En ausencia de mucha agua (pura), muchos procesos se volverían casi imposibles o incluso imposibles, lo que significa que tendrían que reinventarse.
Todos los detalles que puedas desear: m.slashdot.org/story/392707
La máquina de vapor requiere tuberías y cilindros/pistones y lubricantes; y energía para armarlos por partes. Las tuberías y cilindros/pistones requieren metal y energía para convertir el metal en tuberías. El metal requiere energía para extraer minerales y reducir los minerales a metal y alear ese metal en composiciones adecuadas para resistir a alta presión, temperatura y corrosión. Y estás diciendo que tienen poca energía, por eso necesitan la máquina de vapor. Lo sentimos, son FUBAR-ed.
Es posible que desee aclarar que desea un generador eléctrico a vapor, en lugar de una máquina de vapor como para un vehículo. Esa es la impresión que me da la pregunta.
Sería difícil justificar científicamente un gemelo de la Tierra SIN atmósfera. Un planeta de este tamaño debe haber pasado por perturbaciones muy duras para perderlo por completo. Incluso después de eso, sería rápidamente repuesto (en términos geológicos) por el vulcanismo.
"El problema es recuperar los elementos vitales una vez que quemas algo": no, ese no es realmente el problema, o incluso un problema importante. El problema es que las máquinas de vapor son solo una forma de convertir cualquier fuente de energía que use para producir el combustible (y el oxidante, ya que el planeta no tiene) en energía mecánica, y parece que desea usar estas máquinas de vapor como su fuente de energía. . Eso no va a funcionar.
Una batería radiactiva estaría bien.
¿No es la biomateria necesariamente hidrocarburo?
@RobbieGoodwin Sí, pero debe comprimirse y calentarse durante miles de años.
Lo más obvio es que utilizas la luz del sol a través de una lente grande o de muchas pequeñas. Si realmente importa que la noche deje de jugar, ¿puedes decir por qué quieres una máquina de vapor? ¿Cómo hago que funcione una máquina de vapor, con casi cero hidrocarburos o, para el caso, biomateria, para usarla como combustible? ¿Cómo podrían entrar en esto los "bolsillos del subsuelo que han desarrollado vida primitiva...", a menos que proporcionen algún tipo de combustible? ¿Para qué es el motor, sin embargo?
¿Por qué quieres inventar una máquina de vapor? ¿No sería una idea mucho mejor una Sterling dado que el agua es limitada?

Respuestas (7)

Tiene tres formas de hacer esto, todas con tecnología actual bastante bien establecida.

Primero, si su planeta es tectónicamente activo*, puede tener plantas de energía geotérmica. Estas son básicamente máquinas de vapor, aunque en la tecnología más moderna el fluido de trabajo es un hidrocarburo con un punto de ebullición más bajo.

En segundo lugar, tiene una planta solar, con una gran variedad de espejos que concentran la luz solar en una caldera: https://www.eia.gov/energyexplained/solar/solar-thermal-power-plants.php

En tercer lugar, si puede encontrar algo de mineral de uranio o torio, puede aprovechar la energía de los dos primeros para construir plantas de energía nuclear. Sí, las plantas nucleares son solo máquinas de vapor :-)

Sin embargo, tiene otro obstáculo técnico que superar. Como cualquier máquina térmica, las máquinas de vapor funcionan con diferencias de temperatura. Dado que su planeta carece de aire o agua para servir como disipador de calor, necesitará un radiador grande para mantener la diferencia de temperatura necesaria. Puede considerar los radiadores de la ISS como un modelo: https://en.wikipedia.org/wiki/External_Active_Thermal_Control_System

* He leído que la tectónica de placas puede depender de la abundancia de agua, pero no sé lo suficiente como para extenderme al respecto.

Sin agua superficial o libre no significa necesariamente que no haya agua, solo toda el agua atrapada como agua hidratante en los cristales/molécula de la sustancia. ¿Recuerda cómo el CuSO4 es blanco si lo calienta para eliminar el agua y azul cuando acaba de cristalizarse de una solución? Cantidad de agua en el manto terrestre
Energía nuclear con tecnología de 1850 : olvídalo cuando te quedes varado en una isla desierta .
@Adrian Colomitchi: Claro, pero el problema es cómo usar esa agua hidratada como un disipador de calor efectivo. En cuanto a la creación de un reactor nuclear (no una bomba) con tecnología de 1850, en realidad no necesita tecnología si tiene un cuerpo mineral apropiado: en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor
"Claro, pero el problema es cómo usar esa agua hidratada como un disipador de calor efectivo" Sí, no, amigo. No dije que deberías, eso fue solo con respecto a "He leído que la tectónica de placas podría depender de abundante agua", lo que interpreté como que dijiste que ninguna superficie de agua inhibiría la tectónica del lugar (debería haber sido más claro, lo siento por eso). En cuanto al reactor nuclear, sin al menos concentrar el mineral, la producción de energía requiere un volumen masivo de moderador (quieres que penetre en todos los rincones y grietas) y luego el calor será demasiado difuso para crear suficiente vapor.
Podría usar el exceso de calor para calentar su colonia, granjas hidropónicas y otros usos. Hay una cosa llamada "calor de proceso" en la industria química donde el exceso de calor de un proceso se usa para calentar un proceso endotérmico diferente en una planta diferente. Esto se hace a menudo mediante el uso de vapor sobrecalentado en las tuberías de distribución.
@arne: Claro, puede pasar el calor y usar algo para impulsar reacciones endotérmicas, pero (termodinámica básica), no puede usarlo todo. Así que tienes que tener algún tipo de disipador de calor, y en un mundo sin aire y sin agua, la radiación es la única forma que se me ocurre.
La energía nuclear no es tan fácil como reunir un poco de mineral y construir una sociedad sobre la base de la energía. El reactor natural del que hablas era una cantidad anormal de uranio que se lavaba y quemaba durante cientos de miles de años y probablemente no podrías hervir una tetera con él, ya que la energía se dispersó en un área muy grande. Además, si logró crear una pila de reactor sostenible, para obtener energía de ella, deberá protegerla para evitar problemas con la radiación. Por último, el torio no es fisionable. un reactor reproductor no es simple de hacer o procesar el combustible

Como has podido cavar bajo tierra y has encontrado alguna fuente de alimento, sigue cavando.

Suponiendo un gradiente geotérmico similar al de la Tierra, 25-30 °C/km, "simplemente" llegar a 3-4 km bajo tierra le dará suficiente para hervir agua y empezar a obtener más energía para poder excavar aún más profundo y alcanzar temperaturas más altas , con rendimientos aún mayores.

¿Cómo aprovechan la energía geotérmica profunda, con la industria del siglo XVII?
No necesita perforar profundamente para generar energía. Puede utilizar sistemas geotérmicos horizontales .
@StephenG, ¿se dio cuenta de que los "sistemas geotérmicos horizontales" no son una unidad de generación de energía, sino una masa térmica para usar con bombas de calor geotérmicas ? ¿Al igual que en "Aplicación económica y eficiente de intercambiadores de calor y bombas terrestres confiables" y "Aplicación económica y eficiente de intercambiadores de calor y bombas terrestres confiables" por el mismo grupo? ¿Y que hacer funcionar una bomba de calor requiere consumir energía y no permite generarla?

Mientras aún tenga sus impresoras 3D, imprima espejos. Energía solar. Tenga en cuenta que los necesita de todos modos para fundir el mineral para hacer el metal para hacer su máquina de vapor.

Y tenga en cuenta que el escenario es imposible: si puede cultivar alimentos, tiene biomasa.

Claro, puede producir biomasa, pero solo puede producir una cantidad limitada a la vez, porque los elementos necesarios para hacer biomasa son escasos.
@KEY_ABRADE Si el suministro de elementos es tan limitado, su suministro pronto se perderá en el medio ambiente y se extinguirán de todos modos.
Sin embargo, no si extraen más de la corteza. Pero para hacer eso, necesitan poder.

Paso 1: Recolección de agua

Opción 1: Hielo

Incluso en lugares que consideramos entornos desolados, como Marte, todavía tenemos enormes casquetes polares llenos de agua. Extraiga el hielo, llévelo de vuelta al campamento base.

Opción 2: Depósitos subterráneos

Incluso sin hidrosfera, todavía podría haber algunos depósitos subterráneos de agua, restos de eones pasados. Úselos como su fuente de agua.

Opción 3: Reciclaje extremo de agua.

Todavía necesitamos usar un poco de agua, pero si usamos un reciclaje de agua extremo, tal vez podamos hacer que funcione. El espacio es frío, y sin atmósfera, tu planeta también lo será. Si tomamos el vapor de nuestros generadores y lo pasamos a través de un tubo de bajo aislamiento en el frío exterior, se condensará en agua (o, sin una gestión cuidadosa, en hielo).

Paso 2: hervir el agua

Opción 1: usar la luz del sol

Hay algunas plantas de energía hoy en día que usan espejos para hervir agua, con el fin de generar electricidad. Incluso sin atmósfera, todavía tenemos una estrella que se puede usar. Una serie de espejos que reflejan la luz en una fuente de agua la hervirán rápidamente, lo que permitirá el uso de turbinas. Es lo mismo que usar una lupa para encender cosas.

Opción 2: Energía Geotérmica

Debajo de la tierra, hace CALOR. Lo suficientemente caliente como para derretir metal o hervir agua. Simplemente canalice su agua (o deje caer su hielo) en un pozo profundo y deje que el planeta se encargue del resto.

Opción 3: RADIACIÓN

En The Martian (el libro de Andy Weir, es genial, léalo), una bola de cosas increíblemente radiactivas se usa para generar calor. Coloque una bola de material altamente radiactivo en una caja de metal y colóquela en un tanque de agua. Voila, tienes vapor (y también cáncer, si no tienes cuidado)

Editar: Opción 4: Quemar metal

El metal, cuando es lo suficientemente fino, se quema. Si de alguna manera pulverizas parte del metal que tienes, se puede quemar para obtener un fuego libre de carbono.

Notas y Consideraciones

  • Tendrás que presurizar el agua porque, como en el espacio, hervirá sin atmósfera.
  • Será difícil trabajar con estas cosas en un traje espacial, es posible que tengas que hacer algo mejor.

Probablemente hay más que no he pensado, pero servirá.

"Voila, tienes vapor (y también cáncer, si no tienes cuidado)" Eso me hizo reír un poco.
La calefacción solar en realidad funciona mucho mejor sin atmósfera, pero la refrigeración se vuelve mucho más difícil y una turbina necesita ambas cosas.

No es un científico, pero si no tiene el corazón puesto en vapor, probablemente tenga suficiente diferencial de temperatura para crear motores Stirling. Si no tienes atmósfera, me imagino que las temperaturas exteriores descienden bastante con la luz del sol y aumentan bastante con la luz. Escuché que no son muy eficientes, pero no usan combustible y deberían funcionar la mayor parte del tiempo de día o de noche con la diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura subterránea. Conéctalos a generadores eléctricos y ve desde allí.

El único tiempo de inactividad sería cuando la temperatura exterior cambie de caliente a frío y viceversa y cruce la temperatura de sus hábitats. Si los motores tienden a no encenderse solos, puede causarle problemas. Pero también creo que he leído en otras historias que incluso en el lado diurno de la luna y demás, todavía hace mucho frío o está más bajo en las sombras, así que tal vez solo sombree el lado "sur" con una pared o dunas y las cimas. quedarse helada.

No se necesita vapor

Supongo que la estrella que orbita tu planeta está lo suficientemente cerca como para proporcionar tanto calor como el sol en la Tierra. Sin embargo, sin una atmósfera, la energía que llega al suelo será mucho mayor y el gradiente térmico entre las áreas claras y oscuras será enorme. En estas condiciones, los termopares proporcionarán suficiente energía incluso si no son eficientes.

Primero debes fundir algunos metales concentrando la energía solar con espejos; Bastaría con metales de bajo punto de fusión como el plomo y el zinc. Proporcionarían el material también para los cables aunque no sean los mejores conductores, en cualquier caso sin atmósfera no se oxidarían.

Entonces deberías encontrar un cañón con acantilados empinados que protegen el fondo de la luz del sol. Coloque la pareja receptora en la parte superior del acantilado y el disipador en la parte inferior y tendrá suficiente energía.

Para la noche inicialmente tendrás que encontrar una manera de almacenar la energía en los sistemas de la nave, pero luego puedes cavar algunos pozos y usar los termopares para explotar la energía geotérmica.

En la tierra, la eficiencia sería del 2/3%, con el gradiente en el espacio sería más, pero no mucho, por otro lado, será muy simple de construir, incluso las personas que ya no están acostumbradas a la artesanía porque imprimen en 3D todo lo que podrían. hágalo y no habrá partes mecánicas que en un ambiente con alto estrés térmico se rompan fácilmente.

Máquina de vapor sin calor.

Tenga en cuenta que en el vacío el agua hervirá inmediatamente. No necesitas calentarlo. No tienes atmósfera en la superficie, por lo que el agua hervirá.

Pero no estás en la superficie. Estás / en los hábitats subterráneos autosuficientes que los colonos hemos excavado /. Voy a suponer que ha encontrado lugares que tienen presión atmosférica bajo tierra.

Hará funcionar su máquina de vapor para aprovechar la presión diferencial entre el vacío de la superficie y los hábitats presurizados del subsuelo.

Una tubería de conexión en su hábitat se abre a la superficie y luego se cierra. El agua en la tubería hervirá y producirá presión dentro de la tubería. Esta presión impulsará un pistón y producirá energía. Cuando el agua ha terminado de hervir, el conducto a la superficie se cierra y se permite que la presión debajo del suelo comprima el agua nuevamente en un líquido.

El truco sería usar la presión debajo del suelo de tal manera que pudiera reemplazar su pistón pero no implicara ventilar su atmósfera en la parte superior. Yo soy el arquitecto y esa es una pregunta que deben resolver los contratistas.

De hecho, el agua hervirá en el vacío... y producirá vapor a la presión de vapor del agua. Eso depende de la temperatura, por supuesto; por ejemplo, 0,02 atmósferas a 20°C, que es la presión de una columna de agua de 20 cm de altura. (Y una vez que las capas superficiales de agua hierven, el agua debajo de ellas se congelará, como si estuviera privada de cualquier molécula que se mueva rápidamente).
No existe tal cosa como el agua de "máquina de vapor sin calor" que necesitará calor para hervir de todos modos. No pasarás el calor latente de vaporización , ni siquiera en el vacío.
¡Esta máquina de vapor va a funcionar con el odio!
¿Cómo hago que funcione una máquina de vapor, con casi cero hidrocarburos o, para el caso, biomateria, para usarla como combustible?
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