¿La practicidad de un automóvil de vapor sobrecalentado propulsado por torio?

A principios de la década de 1900, Doble Steam Motors Company construyó automóviles a vapor. Sus ingenieros resolvieron muchos de los problemas que tenían los coches de vapor hasta entonces utilizando vapor sobrecalentado y un condensador para recircular el vapor en lugar de simplemente expulsarlo como escape.

Sus autos funcionaban casi completamente en silencio y generaban 1000 (sí, mil) libras-pie de torque.

Aquí hay un video con Jay Leno donde explica el funcionamiento interno de uno con más detalle y lo maneja. Aquí hay un diagrama que explica cómo funcionan y, para darle sabor, una imagen de cristales de sal de torio.

La forma en que estoy pensando que funcionaría es

  • tendrías una versión diminuta del "bulbo" del reactor de torio haciendo circular la sal fundida en un intercambiador de calor (como el horno en el Doble)...
  • ...para crear vapor sobrecalentado...
  • ... luego úsalo para impulsar una máquina de vapor o una turbina...
  • ... enganchado directamente a las ruedas traseras (con tanto torque, no necesitas una caja de cambios)...
  • ... luego recircular el vapor a través de un condensador para convertirlo nuevamente en agua.

Puedo pensar en varias ventajas y una gran desventaja:

Ventajas:

  1. Tu combustible son literalmente cristales azul verdosos resplandecientes.
  2. Funcionamiento silencioso.
  3. De propulsión nuclear Y de vapor.
  4. Toneladas de par.
  5. Sin contaminación por escape: haría funcionar su automóvil hasta que se agotara la sal de torio y luego eliminaría los desechos en una instalación de procesamiento.
  6. El torio tiene miles de veces la densidad de energía de los combustibles fósiles. Podría hacer funcionar su automóvil durante meses con un solo "tanque".
  7. El torio es tan abundante como el plomo en el suelo, por lo que el costo del combustible no sería irrazonable.

Contra:
RADIACIÓN

¿Es práctico combinar esta tecnología de vapor retro "avanzada" con un mini reactor de sal de torio líquido?

Supongo que nadie estaría dispuesto a gastar un solo centavo en este tipo de vehículos mientras haya terroristas suicidas por ahí. ¿Quién querría ser recordado como "el que hizo que el terrorismo fuera mucho más fácil"...
Reciclamos más del 98% de nuestro plomo. Sin eso, los costos de las baterías de los automóviles ya no serían razonables. Esta parte debe ser corregida y movida a contras.
Vale la pena señalar que las cifras de torque en sí mismas no tienen sentido, ya que los motores generalmente funcionan a través de una caja de cambios, donde la cifra de RPM es muy importante. Si bien el par está bien para comparar motores similares, es inútil cuando se comparan motores que son muy diferentes; por ejemplo, un Toyota Prius tiene más par que un Ferrari 355. Pero debido a que el par está a RPM muy bajas, no es comparable. Con la caja de cambios correcta, 100 nm a 10 000 rpm generarán tanta fuerza motriz como 1000 nm a 1000 rpm.
También vale la pena señalar que el torque en los buques de guerra con un motor principal eléctrico es MUCHO más alto que el torque en un buque de guerra impulsado por una turbina de vapor. No puedo decir con certeza que se aplicaría a escala reducida, pero creo que en realidad obtendrías un par bastante bajo de una turbina de vapor.
@Mrkvička El torio no se puede armar de la misma manera que el plutonio o el uranio, según mis fuentes.
@kingledion, la tecnología de la que habla el OP no es una turbina de vapor, es un motor de pistón de vapor, de ahí el par muy alto (pero la velocidad máxima del motor es baja y proporciona una potencia limitada).
@nijineko Eso depende de la definición de "weponize-able"; cualquier cosa puede convertirse en un arma si uno realmente lo desea. Independientemente, supongo que pensaste que quería decir que causarían una explosión nuclear, pero no lo hice; Simplemente quise decir que, de repente, los terroristas suicidas obtienen bombas sucias gratis. Todavía es radiactivo y la limpieza será mucho más desagradable que sin él, explote junto a ese automóvil y el daño durará mucho más que solo la explosión. Diablos, ni siquiera necesitan suicidarse, solo necesitan seguir haciendo estallar autos para hacer que la situación sea insoportable.
Solo quiero comentar que, como usuario de una cosa de reemplazo de texto (ala xkcd.com/1288 ), el título de esto es Practicidad de un gato de vapor sobrecalentado alimentado con torio . Y que la Doble Steam Motors Company construyó gatos a vapor .
@MattBowyer Un automóvil de vapor NO tiene caja de cambios. Es posible construir uno con una caja de cambios si lo desea, pero el incentivo principal sería lo contrario de un motor de gasolina. Con una máquina de vapor, el par máximo se logra a cero RPM debido a la acumulación de vapor. PUEDE querer tener una caja de cambios para traducir el movimiento giratorio a velocidades MÁS ALTAS, al contrario de la forma en que reduce las RPM con un motor de gasolina, pero su comentario no tiene sentido ya que el 99% de los automóviles a vapor nunca usaron una transmisión. Estamos hablando de torque DIRECTAMENTE del motor, y sí, puedes comparar eso.
Sí, punto justo, pero al compararlo con un automóvil de gasolina, debe tener en cuenta la caja de cambios (al igual que cuando se comparan los motores en las ruedas con los motores de gasolina)
¿A quién le importa si es práctico? ¡Es impresionante!

Respuestas (5)

Tengo cierto interés en las propulsadas por energía nuclear... bueno, principalmente en las naves espaciales, pero algunos de los problemas también se aplican a los automóviles.

La radiación es tu enemigo . No es solo "¡Oh, necesitamos un poco de protección, póngale un poco de plomo!" tipo de enemigo, es "Si tu cuerpo absorbe diez julios por kilogramo de peso corporal, te mueres. El motor de tu automóvil moderno produce alrededor de quince mil julios por segundo (y eso es cuando está navegando, multiplícalo por diez si estás acelerando tan fuerte como puedas). Si estás en un choque y se rompe el blindaje, mueres y también todos los que están cerca".

Esto es cierto independientemente de la tecnología nuclear específica que se utilice; RTG, reactor (Uranio, Plutonio, Torio, fusión…), emisión gamma inducida, baterías betavoltaicas, cualquier cosa.

Otros problemas son específicos de la tecnología; como ha mencionado JDługosz, aumentar o disminuir la potencia de un reactor es demasiado lento para un automóvil. Puede compensar eso con las baterías: agotarlas para un impulso, dejar que se recarguen cuando no esté acelerando con fuerza. Pero entonces, tendrías un automóvil híbrido, o un automóvil eléctrico que simplemente se recarga con un reactor nuclear a bordo, no un automóvil de vapor. Su número de torque sería totalmente diferente.

¿Podría usar energía directa mientras acelera para obtener el par y pasar por las baterías en otros momentos? ¿Un verdadero híbrido?
Correcto, un RTG cargando una batería grande sería una buena idea para, digamos, un rover de Marte. Pero un reactor es algo que usarías en un portaaviones, no en un automóvil.
No estrangula la caldera, estrangula el flujo de vapor, así que ese es un detalle menor.
@Separatrix Es más importante de lo que crees; la salida térmica es constante y esa potencia tiene que ir a alguna parte. Tendría que seguir reponiendo su suministro de agua o tener un enorme disipador de calor. La alternativa es que su automóvil se caliente demasiado para tocarlo. (aproximación xkcd)
@SRM No estoy seguro de cómo funcionan exactamente los autos híbridos, pero estoy bastante seguro de que puede sustituir un motor de gasolina/diesel/gas natural en un híbrido con el motor de vapor en la descripción y funcionará (aunque probablemente no tan eficientemente o usaríamos máquinas de vapor en lugar de motores de combustión interna ya).
@BenRW, necesita un disipador de calor para hacer funcionar un motor de ciclo cerrado de todos modos, todo ese vapor sobrecalentado debe convertirse nuevamente en agua para completar el ciclo rankine. Si tiene problemas, simplemente deséchelo en el condensador, si realmente tiene problemas, ventílelo.
Los reactores de sal fundida se diseñaron por primera vez para ser utilizados para propulsar aviones (piense en submarinos nucleares voladores). Apenas lograron resolver el problema del blindaje. Sin embargo, los aviones son mucho más grandes que los automóviles.
@JDługosz: un RTG tiene una densidad de potencia demasiado baja para que esto sea práctico. Un RTG que suministra 500 W pesa más de 50 kg. Necesitaría varias toneladas de RTG para suministrar suficiente energía para un automóvil.
En última instancia, sigue la siguiente ruta lógica: si solo usa las baterías, puede reducir el peso de todo ese blindaje, agua y turbina y reemplazarlo con más baterías. De esa manera también te deshaces de los aspectos de seguridad. En su lugar, mantenga el reactor en casa y cárguelo entre viajes. Pero en lugar de tener un reactor por hogar, puede hacer que las cosas sean mucho más eficientes si tiene un reactor y lo comparte entre muchos hogares... y se da cuenta de que ha terminado con un vehículo eléctrico y una planta de energía nuclear.
@JDługosz Los RTG no son una solución para un vehículo. Un RTG lo suficientemente poderoso como para hacer funcionar un automóvil en un viaje por carretera de 1000 millas también es lo suficientemente poderoso como para derretir ese automóvil en escoria si lo deja en el camino de entrada durante algunas semanas.
Quiero señalar que el "Curiosity" del Laboratorio de Ciencias de Marte funciona de hecho con RTG . A eso me refería en mi comentario original. Nunca dije que serían útiles para un automóvil: RTG es de muy baja potencia, el reactor es demasiado grande y potente.
@MattBowyer - ¡Mis pensamientos exactamente !
Los diseños de reactores de torio que he comprobado tienen un coeficiente de reactividad de temperatura negativo, es decir, la velocidad de reacción se ralentiza y genera menos salida térmica cuando está caliente. Así es como se diseñan los reactores más seguros y estables, de modo que la producción de energía siga la demanda de vapor. Tenga en cuenta que esto no hace que el automóvil sea práctico, solo estoy respondiendo a su comentario anterior de que la salida es constante: simplemente cambia lentamente en relación con la demanda de vapor.
@BenRW Tanto los vagones de vapor como los trenes tienen una salida de caldera prácticamente constante. Se necesitan varias horas para calentar una locomotora de vapor. Todavía logran acelerar el motor. El ejemplo de XKCD es irrelevante, ya que todos los disipadores de calor ya están en su lugar. El estrangulamiento funciona enviando el fluido de trabajo directamente al sumidero sin pasar por el motor (por ejemplo, la atmósfera o el condensador es el sumidero y el calor se vierte allí expulsando vapor, ya sea por el escape del motor o por la válvula de seguridad). Al igual que el calentador de su automóvil, PUEDE controlarlo incluso cuando la potencia del motor permanece constante.
@Agent_L Los reactores nucleares tardan días en acelerarse (al menos, los diseños más antiguos, según Wikipedia; los modernos pueden hacerlo en "solo" horas). Se produce mucho calor incluso cuando está completamente apagado porque los productos de desintegración son en sí mismos radiactivos, y cuando esa radiación se absorbe, calienta el blindaje.
¡Para tener CUALQUIER automóvil de vapor, DEBE tener un disipador de calor masivo! El exceso de calor debido a un reactor de estrangulamiento lento no es un problema en absoluto. El condensador del coche ES el disipador de calor. Todo lo que haría sería hacer circular el vapor y condensarlo más rápido, expulsando el calor por el frente (supongo que pondrías el condensador donde estaría el radiador en un automóvil típico) y desperdiciaría algo de energía. Realmente no hay ningún problema de ingeniería en un reactor de estrangulamiento lento, excepto quizás algo de calor desperdiciado que no se traduce en movimiento.
Los transitorios de potencia lentos en realidad tienen más que ver con el tamaño de los componentes involucrados y con evitar gradientes de temperatura peligrosos a través de piezas gruesas de metal. Es principalmente por diseño. Nuevamente, el automóvil es totalmente inviable, pero eso es principalmente una cuestión de masa crítica, protección y "No quiero un automóvil que se caliente tanto".

Vea esta desacreditación del que está en las noticias . El torio es muy lento para cambiar la salida: no puede simplemente acelerarlo, sino que estaría generando toda la potencia a tiempo completo. Solo por esta razón, convertirlo en la fuente de alimentación principal de un vehículo no es práctico. Vea el video para conocer más puntos que aún podrían aplicarse a su diseño más realista.

Además, ¿funcionará su "bombilla" o hay un tamaño mínimo para una reacción en cadena sostenida? Si es solo un RTG, no tendrá la potencia suficiente que necesita.

Si está decidido a usar un reactor (no un RTG) en una historia genial, hágalo en Marte . Los miembros sobrevivientes de la expedición preparan un impulso para mover todo el hábitat , usando el mismo reactor que normalmente se usa para la energía general. Sin piezas para grandes motores eléctricos o tren de transmisión de ningún tipo, se les ocurre el diseño de locomotoras del siglo XIX. ¡Tren de vapor nuclear en Marte! Soluciones Steampunk a los problemas actuales, con computadoras existentes y similares que pueden usar, pero no pueden hacer nada de alta tecnología. ¡Pueden usar hierro local del suelo para hacer piezas de hierro fundido y hierro forjado!

Podría ser un tren literal, con múltiples módulos habitacionales y vagones de carga conectados al motor de la locomotora.

La potencia es un problema de engranaje/embrague.
@fectin, el engranaje te permite intercambiar potencia por velocidad o viceversa. Es posible que pueda mover un automóvil de una tonelada con un RTG de cien vatios con el engranaje adecuado, pero no sirve de mucho si tiene una velocidad máxima que se mide mejor en centímetros por segundo.
Sin embargo, no acelera la caldera, acelera el flujo de vapor. La caldera funciona constantemente. No estoy seguro de por qué ese video habla sobre la densidad, en lugar de simplemente corregirlo a la densidad de energía, que es lo que importa aquí. Me rendí en ese momento.
Nuclear Steam Trains on Mars será el tema de mi próxima campaña de Shadowrun, seguro. ¡Qué increíble concepto! ¡Incluso puedo usar eso como el título sin demasiado trabajo! Tiene la misma vibra que "Teenage Mutant Ninja Turtles", solo que cincuenta y dos veces más impresionante.
¡Maldita sea, ahora realmente necesito algunos trenes de vapor nucleares de ciencia ficción! Bueno, es hora de ir a la librería...
@TSar ver nueva Q

El primer problema aquí es la escala . Los reactores son grandes. Los reactores de sal de torio son pequeños, para reactores. Eso no significa que sean pequeños, es solo un término relativo.

Suponiendo que haya miniaturizado y sellado con éxito el reactor para hacer una unidad liviana, pequeña, plug and play que se puede reemplazar en su totalidad si tiene un problema. Luego, el siguiente problema es el agua contaminada . Idealmente, es un sistema cerrado, el agua nunca se libera, sino que pasa por un ciclo completo de Rankine, pero desafortunadamente probablemente lo hará de manera regular. Su sistema de respaldo para el condensador es ventilar el vapor y tomar agua fresca. No vas a hacer amigos ventilando el agua del reactor al aire libre.

Hablando del condensador , este es uno de los grandes problemas de los coches de vapor. La mayoría de ellos no tenían ningún condensador, uno de los factores clave que hace que los vagones de vapor Doble sean mucho mejores es que lo tenían. Esto significa que puede reciclar el agua y no tener que cargar tanto ni llenarla con tanta frecuencia. En última instancia, esto depende de la temperatura externa. Si está corriendo por Escandinavia en pleno invierno, no hay problema, probablemente condensará con éxito toda su agua. En Dubái, en pleno verano, el agua estará hirviendo a un ritmo constante y probablemente no se condense casi nada.

El control del reactor y del acelerador es un juego interesante. El reactor funcionará a una temperatura y presión establecidas, el control del acelerador en una planta de energía de vapor es por control de vapor, no por control del reactor.

Asumo que en realidad puedes controlar este reactor, no solo está funcionando a un ritmo constante todo el tiempo porque eso conduce al desastre. También necesitará la capacidad de apagarlo por completo y reiniciarlo a voluntad, esto es un factor decisivo si no es posible.

Dado un reactor controlado por computadora para mantener la temperatura y la presión adecuadas en todo momento, probablemente tendrá que configurarlo para las condiciones de conducción, el rendimiento, el crucero y el tráfico actuales.

  • Si corre en medio del tráfico, necesitará bajar todo el volumen para usar la menor cantidad de agua posible, es casi seguro que no se está condensando mucho y no puede darse el lujo de ventilar demasiado o se detendrá todo el tiempo para obtener más agua.

  • Conducir de forma constante a gran velocidad obtendrá la tasa de condensación más alta, pero no necesita una gran cantidad de torque para que el sistema pueda ajustarse nuevamente.

  • El rendimiento es la opción de Clarkson, suponiendo que tenga mucha agua y solo quiera más potencia, la condensación es una sutileza.

Si corre en el modo de rendimiento en el tráfico, probablemente no llegue al final de su viaje, pero si intenta correr en el modo de tráfico, no tendrá la presión de vapor para mantener su velocidad.

Suponiendo que el reactor es lo suficientemente pequeño y bueno: el condensador es el punto débil.

Es técnicamente factible. Sin embargo, la tecnología no es el mayor problema. El mayor problema es la percepción pública de la energía nuclear. No hay forma de que el público permita un automóvil de propulsión nuclear. Será percibido como una bomba atómica en un automóvil. Si dices que no puedes hacer una bomba con un coche propulsado por torio, estás en lo cierto. El público en general no lo creerá. No hay forma de que un automóvil de propulsión nuclear aparezca en la carretera en el futuro.

Si tiene un montón de reactores de torio sentados en el piso de su sala de exposición, supongo que siempre podría amenazarlos con hacerlos estallar en una bomba sucia a menos que personas de toda la ciudad vengan a comprar sus autos... primera regla de marketing: cambie su responsabilidad en un activo!
Armarlo, eso venderá. Solo dígale a la gente que si presionan este gran botón rojo le dará al conductor una dosis letal de radiación.
"Toca la bocina si amas el cáncer"
Es esencialmente el mismo problema que un coche hipotético con ántrax. Debido a la percepción pública de sustancias que pueden matarte en cantidades imperceptibles, la goma de mascar simplemente no te permitirá venderla al público en general ni correr por las calles con una caja. El ántrax tampoco es explosivo.

consulte la "Declaración sobre reactores alimentados con torio" de la 'Unión de científicos preocupados'. http://www.ucsusa.org/sites/default/files/legacy/assets/documents/nuclear_power/thorium-reactors-statement.pdf

Hmm, "el torio-232 tiene una vida media de 14 mil millones de años y sus productos de descomposición se acumularán con el tiempo..." - Peggy Conte, Fairewinds en http://lists.csbs.utah.edu/pipermail/energy/ 2013-Enero/002514.html

Incluso si los automóviles propulsados ​​por energía nuclear se vuelven teóricamente posibles, en la realidad serían desastrosos.

El primer enlace probablemente explica que tales reactores no son prácticos. Las respuestas de solo enlace están mal vistas aquí. El segundo enlace no parece relevante, ya que dejarlo en baja concentración (para exhibir la vida media indicada) es lo que sucede cuando no tienes un reactor.
@JDługosz El primer enlace explica que los reactores de torio no tienen ventajas sobre los reactores de uranio, pero que los reactores de sal fundida tienen importantes problemas de seguridad. El segundo enlace es una lectura interesante, pero su título dice que casi todos "los reactores de torio no son la solución". El segundo enlace es realmente relevante después de todo.
Bienvenido a Worldbuilding, usuario3038776, las respuestas en este sitio prefieren hechos, información y razones para respaldar sus afirmaciones. Las respuestas con muchos enlaces están mal vistas. Puede mejorar su respuesta condensando el contenido de sus enlaces. Los enlaces tienden a fallar, las respuestas no. Haga clic en AYUDA arriba en la parte superior de la página web y realice el recorrido para obtener más información sobre cómo funciona WB SE.
Un episodio reciente de Nova tenía cosas buenas que decir sobre la sal fundida, y los diseños modernos son mucho más seguros que los reactores enfriados por agua heredados.
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