Reciclaje de energía térmica desde el funcionamiento diurno hasta el funcionamiento nocturno de almacenamiento informático volátil

¿Es posible utilizar subproductos térmicos del funcionamiento diurno para impulsar el funcionamiento nocturno del almacenamiento informático volátil?

En mi entorno, una luna con forma de luna y casi sin atmósfera tiene uno de sus lados (el lado lejano) poblado de nodos alimentados con luz solar (el flujo solar de dicho planeta es de alrededor 1247 W / metro 2 ), y el ciclo día-noche es de 27 días. El almacenamiento de la computadora en este nodo es volátil, lo que significa que necesita una fuente de alimentación continua para evitar que pierda su memoria. El almacenamiento del nodo requiere energía constante en 4 × 10 6 W .

Cada nodo opera en 2 × 10 7 W de energía, fácilmente alimentada por la luz solar durante 13,5 días durante el día. Acerca de 4 × 10 6 W de ella se deposita en el almacenamiento de energía del volante durante el día, es decir, 13,5 días. Naturalmente, cada nodo irradia 2 × 10 7 W como energía térmica, por lo que los equipo con radiadores que funcionan a una temperatura de 600K, con refrigerantes que salen a 400K, irradiando a una velocidad de 7656 W / metro 2 de acuerdo con la ecuación en esta respuesta .

Como se mencionó anteriormente, a la luz del día, el radiador emite refrigerante a una temperatura de 400 K, y este calor se almacena en depósitos de agua; por el bien de este análisis, suponga que el depósito está casi perfectamente aislado. Este depósito almacena 3.52 × 10 8 kg de agua, que almacena alrededor 1.87 × 10 1 4 j en forma de calor.

Ahora, por la noche, el nodo puede operar a una temperatura más baja, digamos que podría ser tan baja como 273 K, y con el depósito caliente a 400 K, esto es 127 K de diferencia de temperatura. Nuevamente, como en la respuesta vinculada, las temperaturas de los depósitos calientes y fríos de su sistema de generación de energía definen la eficiencia de Carnot, y en este caso es idealmente al 37,5% de eficiencia. Pero dejemos que nuestro motor térmico funcione al 35%, esto significa solo de la energía almacenada ~ 5.6 × 10 6 W de trabajo utilizable se pudo extraer durante toda la noche (13,5 días).

Almacenamiento de energía del volante cargado a partir de 13 días de operación continua en 4 × 10 6 W ahora se extrae durante el día, y debido a la eficiencia de conversión limitada de alrededor del 80%, solo 3.2 × 10 6 W de energía podría ser extraído.

En total, la energía de los motores térmicos y el almacenamiento de energía del volante nos proporcionan 8.8 × 10 6 W de energía utilizable durante la noche, suficiente para alimentar el almacenamiento de nuestra computadora, y queda algo de energía para el mantenimiento de los nodos.

Ahora, este sistema también irradia energía alrededor de ~ 2 × 10 7 W (calor de los embalses y de la energía generada por la extracción de los volantes). El radiador durante la noche tomó 400K refrigerantes y lo emite a una temperatura de 250K, según la pregunta vinculada, el radiador irradiaría calor a una tasa de ~ 1400 W / metro 2 .

Mi preocupación es que aunque la configuración parece lo suficientemente realista como para que funcione para mí, esto da como resultado un total de calor irradiado constantemente de 2 × 10 7 W durante el día y la noche, a pesar de que cada nodo está alimentado por 2 × 10 7 W de la luz del sol sólo durante el día. Al principio pensé que era posible debido a la diferente temperatura de trabajo, 400 K durante el día y hasta 273 K durante la noche, pero no estoy seguro.

Por lo tanto, se me ocurrió esta pregunta: ¿Es posible esta configuración de utilizar subproductos térmicos para impulsar la operación nocturna? Si no es así, ¿dónde está mi error?

[Esta pregunta estaba en sandbox ]

¿Qué hay de malo con las baterías? Esta configuración complicada solo es útil si hay algún problema fundamental con las baterías. En cuanto a la pregunta, el paso dudoso es donde hace la extraña suposición de que el agua en los depósitos se calentará exactamente a la misma temperatura que el refrigerante en los radiadores de cuerpo negro; No puedo pensar en ninguna razón específica de por qué este sería el caso. Y de todos modos, dado que desea atrapar toda la radiación del cuerpo negro y almacenarla como calor, ¿por qué se molesta en absoluto con la radiación del cuerpo negro y no usa un intercambiador de calor de contracorriente simple?
@AlexP esta debería ser una buena respuesta. La razón por la que no uso batería es que no quiero que la batería se deteriore con el tiempo, como ocurre con cualquier batería química recargable, así que opté por volantes, pero luego agregué este motor térmico. Aparentemente pasé por alto la opción que describiste. ¿Puedes expandirlo a una respuesta completa? Quizás me interese más la última frase de tu comentario.
@HendrikLie Los rodamientos de sus flyweels se desgastarán, la memoria sufrirá un bitrot, los procesadores se quemarán. Todo se rompe con el tiempo. Dada la escala de la megaestructura, probablemente se haya diseñado con suficiente redundancia para manejar el apagado selectivo para el mantenimiento de todos los sistemas.
@sphennings tienes razón. Para contrarrestar eso, no es el único nodo, hay literalmente millones más repartidos por la mitad de la superficie de la luna. Sin embargo, opté por el volante con cojinetes magnéticos en lugar de la energía de la batería, ya que de alguna manera estoy convencido de que con una capacidad similar, los volantes tienen una vida útil prolongada.
@sphennings es correcto. Estás almacenando la energía como energía cinética. Todo lo que se mueve tiene problemas. Pero para ser honesto, tu verdadero problema es la falta de ambiente. No está abordando la conductividad térmica en la estructura, lo que causará estrés con el tiempo. He visto circuitos integrados vaporizarse porque la conductividad térmica del paquete no podía manejar el calor generado por el dispositivo. Por curiosidad, ¿qué tan eficiente es su sistema? Teóricamente, un transistor superconductor no genera calor. Solo la resistencia genera calor (bueno... resistencia y reactancia magnética, pero no entremos ahí).
Entonces, debido a que las baterías tienen un número limitado de ciclos, ¿utiliza sistemas mecánicos con partes móviles ? Esa es una valiente decisión de ingeniería. Y también es un muy buen amigo de la termodinámica: "Cada nodo funciona con 2E7 W de potencia, alimentado fácilmente por la luz solar durante 13,5 días durante el día. Alrededor de 4E6 W se depositan en el almacenamiento de energía del volante durante el día, es decir, 13,5 días. Como es natural, cada nodo irradia 2E7 W como energía térmica, por lo que los equipo con radiadores que funcionan a 600 K". La gente corriente tendría que añadir unos 1E7 W al consumo de energía del sistema para la bomba de calor .
@AlexP, ¿puedes expandirlo en una respuesta? Realmente me gustaría obtener más detalles sobre su diseño propuesto. No sabía que debemos tener unos 1E7 W para alimentar la bomba de calor.
@JBH originalmente asumí que tienen radiadores y refrigerantes para alejar el calor de la computadora, pero eso es hasta donde yo sé. No sé qué tan eficiente debería ser el sistema, ni siquiera sabía que debería haberlo considerado en primer lugar. ¿Puedes expandirlo en una respuesta?
No, no puedo. Está utilizando la etiqueta de ciencia dura. Esa etiqueta significa literalmente, "si no puede respaldarlo con matemáticas y autoridad completas, o enlaces a lo mismo, es una respuesta inválida". Es la etiqueta más difícil de WB:SE y la has aplicado al futuro. Dudo que alguien pueda responder a esto tal como está.
Se eliminó la etiqueta de ciencia dura de @JBH. Es posible que haya sobreestimado la calidad de mi pregunta cuando apliqué esa etiqueta. Lo que quiero es simplemente un soporte matemático y físico, no es que tenga que ser cierto hasta el análisis de nivel atómico.
Agradezco su decisión, ayudará con las respuestas. Sin embargo, no espere mucho de las matemáticas. Una tecnología futura con una ciencia de materiales desconocida significa que solo se puede aplicar la física más básica. Pero, al menos ahora comenzará a recibir información sobre lo que puede hacer con la pregunta. Presta atención a las respuestas. Junto con su pregunta, pueden conducir a una pregunta más específica que logre los objetivos que está buscando.
El calor no se mueve por sí mismo de los objetos más fríos a los objetos más cálidos. Si desea mover el calor de las CPU (que supongo que funcionará a unos 100 ° C o 400 K) a los radiadores a 600 K, debe usar una bomba de calor; las bombas de calor consumen energía para funcionar, al igual que su refrigerador; usar 1E7 W para mover 2E7 W de calor es una suposición decente. No comentaré más; Habría usado RAM estática y evitado todo el problema. Si bien la RAM estática es más costosa que la RAM dinámica, los volantes eternos, motores, generadores, etc. también son costosos.
@AlexP, ¿puedes expandirlo en una respuesta? Su sugerencia parece estar dentro del alcance de mi pregunta.

Respuestas (1)

  1. ¿Por qué en la noche el sistema disipa 2E7 W cuando solo se alimenta con 2E7 W durante el día?

    Porque durante el día no disipa nada de calor. Durante el día, dice el OP, el calor residual del subsistema de procesamiento de datos se utiliza para calentar el agua.

  2. ¿Funciona?

    No, no lo hace, no como tal. La desconcertante variedad de números en la pregunta no tiene en cuenta la energía necesaria para operar los radiadores (bombas de refrigerante, bombas de calor, etc.). De lo contrario, está bien, excepto que es demasiado complicado. ¿Por qué irradiar calor como radiación electromagnética solo para capturarlo y calentar un poco de agua? En lugar de este extraño desvío, el sistema debería calentar el agua directamente mediante un intercambiador de calor a contracorriente .

    Si la instalación piloto descubre que la energía almacenada como agua caliente no es suficiente para alimentar el subsistema de procesamiento de datos durante la noche, se deben agregar más paneles solares para calentar el agua directamente. El almacenamiento de energía térmica se entiende bastante bien y es una de las soluciones propuestas a la necesidad de que las plantas de energía solar funcionen de noche.

Por otro lado, la RAM estática es una cosa, y las CPU estáticas no son desconocidas. El subsistema de procesamiento de datos puede simplemente detenerse en el lugar al anochecer y reanudar la operación al amanecer sin requisitos de energía durante la noche, o al menos con requisitos mínimos de energía para mantener la circulación de aire y evitar la congelación.

Tal vez un poco tarde, pero poco después me doy cuenta de que mi implementación es incorrecta y desde entonces la revisé. Sin embargo, su respuesta responde a mi pregunta: esto no funciona. Entonces, aceptando la respuesta :)
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