¿Se puede usar un vórtice de agua (remolino) para almacenar energía de manera eficiente?

Se podría persuadir a un cilindro de agua grande y restringido o a un gran volumen de agua abierta (quizás en el océano) para que forme un vórtice bombeando energía. El cuerpo de agua actuaría como una versión fluida de un volante, almacenando energía. .

Si luego se elimina la energía de entrada, ¿continuará el vórtice durante un tiempo significativo o perderá rápidamente toda su energía al calentar el agua? ¿Sería horriblemente ineficiente almacenar energía en la energía cinética rotacional de un fluido en comparación con el almacenamiento de energía hidráulica bombeada?

Para mí, esto no suena muy diferente a bombear energía en una rueda de la fortuna para almacenarla.
@Bzazz ¿Estás pensando en un volante? Las ruedas de la fortuna son las grandes atracciones del parque de diversiones. No creo que se utilicen normalmente para el almacenamiento de energía.
Quise decir rueda de la fortuna.
@Bzazz ¿Dónde usan ruedas de la fortuna para almacenar energía?
No lo hacen, ese es el punto.
@Bzazz Oh, está bien. Estaba un poco confundido porque creo que una rueda de la fortuna al menos podría tener una recuperación de energía decente. En teoría, solo tienen que superar la resistencia y algo de fricción.
El diseño habitual para almacenar energía en el océano es construir un dique y bombear el agua; la energía se recupera dejando que el agua fluya de regreso a través de una turbina. (Probablemente no sea una sorpresa que esta sea una idea holandesa. Es difícil hacer almacenamiento hidroeléctrico bombeado cuando no tienes montañas)
Los volantes se utilizan para el almacenamiento de energía a corto plazo, y puedo imaginar fácilmente que podría ser más barato hacer la mayor parte de uno con agua en lugar de metal.

Respuestas (2)

Sí, esto sería terriblemente ineficiente en comparación con una bomba hidráulica o incluso con un volante regular.

Con un fluido giratorio, hay mucha viscosidad. Esta viscosidad genera calor y ralentiza el fluido. Podría compensar esto un poco si mantuviera el recipiente para el fluido moviéndose con el fluido mismo; pero incluso entonces creo que todavía habría pérdidas significativas por efectos viscosos internos. Entonces también tendría lo que es esencialmente un volante lleno de líquido, momento en el que debe preguntarse por qué no optó por un material sólido de mayor densidad y probablemente mejor resistencia/estabilidad.

La ventaja de la hidroeléctrica bombeada sobre este sistema de vórtice sería que un sistema hidroeléctrico bombeado no requiere un movimiento constante. Almacena la energía como potencial, por lo que solo pierde energía a viscosidad cuando está moviendo el fluido a los tanques de almacenamiento. Cuanto menos tenga que mover el fluido, menos energía convertirá en calor a través de la viscosidad.

Es una idea interesante, pero no creo que sea práctica.

"Podrías compensar esto un poco si mantuvieras el recipiente para el fluido moviéndose con el propio fluido; pero incluso entonces creo que todavía habría pérdidas significativas por los efectos viscosos internos". Pero una vez que todo el fluido esté en reposo en relación con el recipiente, ya no habrá pérdidas por efectos viscosos, ¿verdad? (Suponiendo que el recipiente continúa girando a una velocidad constante).
@TannerSwett Esa parte es con la que estaba teniendo problemas de una forma u otra en mi cabeza. Entiendo lo que estás diciendo; pero no estoy seguro de si ese sería realmente el caso. En ese caso, la mitad del flujo debería quedar rezagada y habría pérdidas manteniéndolo al mismo ritmo que las paredes del contenedor. Estoy bastante seguro de que la curvatura también causaría pérdidas viscosas.
Mi pensamiento es que, en el marco de referencia del contenedor, la energía cinética del agua tiene que decaer hacia cero. Mientras el agua siga moviéndose, debe estar perdiendo energía cinética, y no hay forma de que pueda ganar energía cinética, ya que el recipiente no se mueve en este marco de referencia. ¿Es sólido mi razonamiento?
O si tiene que usar agua, ¿por qué no simplemente bombear el agua a un lugar alto y luego, cuando necesite recuperar la energía, use el agua que cae para hacer girar algunas turbinas?
@Shufflepants Eso es hidro bombeado.
Podrías congelar el agua. ;)

Como lo mencionaron otros escritores, la viscosidad del agua convertirá rápidamente cualquier energía cinética en calor. Sin embargo, el almacenamiento de energía eficiente podría lograrse con superfluidos. Los superfluidos están relacionados con los condensados ​​de Bose-Einstein. (pero no siempre son intercambiables) Su propiedad especial es no tener absolutamente ninguna viscosidad, por lo que un remolino de superfluido girará indefinidamente. El problema principal con esto son las temperaturas criogénicas requeridas. El helio-4, por ejemplo, requiere temperaturas inferiores a 2,17 K para alcanzar la superfluidez. La energía requerida para crear y mantener tales temperaturas podría exceder la cantidad de energía almacenada, haciendo que el sistema sea inútil. Recolectar la energía podría resultar problemático. Como no hay viscosidad, una turbina no experimentaría resistencia. (para ser precisos, muy poca resistencia de la viscosidad residual)

Cuando desee extraer la energía, puede dejar que suba por encima de la temperatura crítica. Una idea muy extraña, pero divertida!
Pensamiento interesante, aunque eso podría exacerbar el problema ya que ahora el fluido debe calentarse y enfriarse.
@DayriusTay Supongo que la parte de calentamiento podría lograrse deteniendo el enfriamiento. La temperatura crítica es tan baja que solo tendrías que preocuparte por la mejor manera de exponerlo a más condiciones atmosféricas.
Sin viscosidad no significa exactamente sin arrastre. Un fluido no viscoso todavía puede mover una turbina porque tiene masa e inercia y cambiando su dirección o deteniéndola provoca una reacción que puede ser utilizada para extraer energía.
En realidad no estoy seguro, ¿puede haber un remolino en un superfluido?
@Pere No creo que sea así: un fluido no viscoso no moverá una turbina, porque, aunque tiene masa e inercia, la turbina no cambia de dirección ni la detiene. Mi entendimiento es que si un chorro de superfluido golpea una superficie aerodinámica (o cualquier objeto) que está sumergido en el superfluido, entonces el chorro fluirá a su alrededor y continuará a la misma velocidad. Ver: physics.stackexchange.com/questions/311069/…
No estoy seguro, al menos para algunos tipos de turbinas. Si no hay fuerza tangencial involucrada, puede funcionar. Por ejemplo, si inserta un plano vertical que divide completamente el contenedor, el fluido cambiará de dirección y se transmitirá algo de impulso al plano. Sin embargo, no tengo las habilidades ni el tiempo para llevar esta idea más allá de la etapa de conjetura y probarla o refutarla.
¿Se puede usar un vórtice de agua (remolino) para almacenar energía de manera eficiente?
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