Transporte de lluvia
La llanura de Soggi experimenta una lluvia constante. ¿Se puede construir un vehículo propulsado por lluvia de acuerdo con las siguientes condiciones?
La llanura de Soggi experimenta una lluvia constante de 10 cm por día.
No se producen inundaciones porque la llanura está cubierta por una roca volcánica porosa que drena naturalmente en el Big Wet Lake.
Los habitantes han alisado la roca en algunos lugares para hacer caminos y otras zonas llanas
La madera es abundante, pero los materiales no vegetales (incluidos los metales) son caros y deben importarse.
En esta sociedad preindustrial, las ruedas hidráulicas estacionarias impulsadas por la lluvia son de uso común para accionar molinos y otra maquinaria básica construida predominantemente con madera.
El vehículo debe estar hecho de una madera muy similar al roble. Se pueden usar componentes metálicos menores pero mínimamente para evitar gastos.
El vehículo debe caber en un cubo de 3 metros para cumplir con las leyes locales. No hay animales de tiro en este mundo.
Este debe ser un vehículo para ir a cualquier lugar que no requiera ninguna infraestructura especial más allá de las carreteras planas y niveladas existentes, sin excavar canales ni construir vías férreas o "estaciones de carga" espaciadas regularmente.
Alguien tiene la brillante idea de impulsar un carro en movimiento aprovechando la energía de la lluvia. Este consistirá en una rueda hidráulica que acciona las ruedas mediante un sistema de correas de cuero.
El inventor decide que la velocidad útil mínima es la de caminar (digamos 1,5 m/s) y que el vehículo debe ser capaz de transportar al menos a él (pesa 60 kg), pero preferiblemente una carga mucho más pesada.
El vehículo viajará sobre roca volcánica nivelada y tiene una configuración y tecnología similar a este del siglo XIX.
Pregunta
Verificación de la realidad: ¿Hay fallas obvias en este plan que hacen que sea muy poco probable que funcione?
NOTA
Algunas personas están sugiriendo inventos alternativos que encuentro fascinante leer. Sin embargo, no son respuestas verdaderas porque solo pregunto sobre el vehículo y las condiciones especificadas anteriormente.
Justificación en la historia : este chico quiere montar un servicio de recogida y entrega puerta a puerta. Necesita utilizar caminos y entradas de vehículos existentes. No puede empezar a cavar canales o construir grandes proyectos de ingeniería. Consulte la condición (8) anterior que no agregué yo pero con la que estoy de acuerdo.
Sí, hay fallas. No tienes suficiente potencia.
¿Por qué?
La velocidad terminal de la lluvia es de unos 10 m/s.
10 cm/día de lluvia significa que obtendrá un promedio de 1,1 μm/s, o 0,0011 .
La potencia media que entrega esa lluvia viene dada por su peso por su velocidad, así, recordando que 1 litro de agua pesa unos 10 N, tenemos que la potencia media es de 0,1 .
Para mover horizontalmente solo 60 kg venciendo la resistencia a la rodadura de las ruedas y los cojinetes, sería necesario proporcionar alrededor de 1,5 W (suponiendo ruedas de madera con un radio de 1 metro), lo que corresponde a unos 15 metros cuadrados en el caso ideal de rendimiento del 100%. más de los 9 que tienes disponibles.
En el caso extremo en el que quiera mover 60 kg a 1,5 m/s de velocidad constante, necesitará 900 W, lo que significa que necesitará una superficie de recogida de al menos 9000 , que es mucho más grande que el 9 que tienes.
Y ojo, este es el presupuesto solo para mover 60 kg. Si sumamos al cálculo la masa del vehículo y su carga útil, la superficie requerida aumenta aún más.
Como ya se ha descrito, no puede obtener suficiente energía usando la lluvia directamente en un vehículo individual.
Por lo tanto, la única forma de proceder debe ser utilizar la lluvia indirectamente.
Vamos a construir tanques colectores de lluvia por todo el pueblo, cada uno impulsará una rueda hidráulica unida a una correa continua a lo largo de un tramo de carretera. Un vehículo que quiera pasar por ese tramo de carretera se enganchará al cinturón y tocará el timbre para que se abra el depósito.
Este enfoque elimina la limitación de tamaño de la fuente de alimentación del vehículo.
Seguirá teniendo una potencia limitada, lo que dificultará la escalada de colinas. Valdrá la pena conectar los vehículos al sistema tanto en el descenso como en el ascenso. De esa manera, obtiene el efecto funicular del vehículo que desciende ayudando a empujar el vehículo que asciende cuesta arriba, al mismo tiempo que controla la velocidad decente y reduce el riesgo de vehículos fuera de control.
Simplemente omita las cosas sobre ruedas. [ EDITAR : aparentemente eso va en contra de los requisitos de OP, pero me gusta mi respuesta, así que se quedará]
Reemplace sus caminos con canales perfectamente nivelados y "déles energía" al tener solo un extremo abastecido de agua en cualquier momento.
Necesita dos entre cada ciudad (de ida y vuelta) y cada ciudad necesita un área muy grande para alimentar su canal (a menos que use solo canoas pequeñas), pero es viable, y una vez que los canales están instalados, es bastante barato.
Ponga el carro en un río y deje que la corriente del río lleve el carro. Si el río es lo suficientemente poco profundo, las ruedas del carro tocarán el lecho del río.
El río se alimenta de la lluvia y concentra el agua de un área comparativamente grande en un pequeño arroyo para brindarle los vatios por metro cuadrado que necesita.
Esto es unidireccional, pero poder ir a cualquier parte no estaba en los requisitos de la pregunta.
Esta respuesta ha sido invalidada por los requisitos agregados o aclarados en la pregunta después de la publicación, pero se deja para futuros buscadores web para quienes pueda ser útil.
Utiliza un sistema basado en un Funicular para almacenar agua en depósitos elevados y convertirla en energía mecánica. Puede usar esto para conducir carros a lo largo de los rieles, como un cruce entre un teleférico y un tranvía/ferrocarril.
Dado que depende de que los depósitos se llenen entre carros, es más probable que se trate de un sistema programado para transportar mercancías en horarios programados, en lugar de un transporte público ad hoc.
[Esta es una nueva publicación de una respuesta anterior, incorrecta y, por lo tanto, eliminada. Los órdenes de magnitud son difíciles. La respuesta eliminada había acumulado una cantidad de votos a favor, lo que demuestra que los órdenes de magnitud también son difíciles para otros.]
Para arreglar las ideas, supongamos que se supone que el vehículo funciona atrapando agua en su techo y dirigiéndola para que caiga sobre una rueda hidráulica. Calculemos la potencia disponible.
10 cm de lluvia por día significa 1,16 µm por segundo.
Suponga que el área de captación es de 3 m por 2 m = 6 m².
Esto significa que se captarán 6 × 1,16E-6 = 6,94 gramos de agua por segundo.
Digamos que esta agua cae 2 metros: dado que la energía es peso por distancia, da como resultado 9,6E-3 × 9,81 × 2 = 136,25 milivatios.
Si 136 mW obviamente no son suficientes para alimentar el vehículo; impulsar el vehículo desde la lluvia directamente no funcionará.
Nota: L.Dutch tuvo la idea de utilizar la energía cinética de las gotas de agua para impulsar la rueda hidráulica; ver su respuesta para el cálculo. Puede dar más poder que tratar de atrapar agua y hacerla caer sobre una rueda hidráulica, todavía es una cantidad lamentable de energía por metro cuadrado.
¡Pero espera! ¡Podemos cargar el depósito!
Tomemos prestada una idea de los autos eléctricos del Sr. Musk. No tenemos que alimentar el vehículo todo el tiempo: podemos cargar un depósito durante un período de tiempo y usar la energía acumulada a una potencia mayor.
Supongamos que acumulamos agua durante 10 horas; la energía total acumulada será de 136,25 mW * 36000 = 4905 J.
Esto es suficiente para darnos 1 caballo de fuerza durante unos 6,6 segundos. Todavía muy poco.
Hagamos el área de carga más grande. Podemos recoger agua sobre un área más grande y luego verterla en el depósito del vehículo. Digamos que queremos que el vehículo tenga 4 caballos de fuerza durante 1 hora; esto equivale a unos 11 MW de energía.
Para obtener esa cantidad de energía del agua que cae 2 metros necesitamos unas 546 toneladas de agua. Esta es una cantidad ridícula; no hay forma de hacerlo funcionar: el área de captación requerida sería enorme, el depósito del vehículo tendría cien metros de altura y el vehículo no podría moverse por sus propios medios.
Dos formas de hacerlo funcionar:
¿Puedes recoger el agua de lluvia en un cilindro y encender un fuego debajo convirtiéndolo en vapor? Si la lluvia es constante, es posible que tenga un vehículo a vapor que no necesite recargarse desde las torres de agua, ya que simplemente podría dejarse bajo la lluvia para recargar su agua dulce. Por supuesto, tendría que fabricar algunos de los componentes de metal y otros podrían ser materiales no combustibles, como la piedra. Para 1800, James Watt y Richard Trevithick habían creado máquinas de vapor rudimentarias que recién comenzaban a ser comercialmente útiles.
Otra opción, si tiene un mundo donde hay muchos molinos impulsados por ruedas hidráulicas, podría usar estos motores de bobinado estacionarios para unir una cuerda a su carro y hacer que la acción de la rueda giratoria tire del carro hacia el molino. Una vez que llegue allí, desconéctelo y conéctelo al siguiente molino. Suponiendo que realiza entregas en ubicaciones que tienen molinos próximos, esta podría ser una opción.
Lo único que me viene a la mente sería un impulsor impulsado por la lluvia, de modo que la lluvia que cae sobre el vehículo se canalice hacia un punto de drenaje, este punto de drenaje contiene un impulsor que impulsa algún tipo de motor para cargar una batería. Si llueve todo el tiempo, esto se cargaría constantemente. El carro dejado bajo la lluvia por un tiempo aumentaría la carga de la batería. El problema es que, para que esto funcione, necesitaría metal para los devanados del motor y el cargador y no es exactamente preindustrial.
Voy a suponer que otros carteles obtuvieron el valor de 900W correcto.
Como comparación:
En una estimación, su carrito necesitaría de 4 a 6 personas pedaleando a través de un eje de engranaje compartido para conducir una rueda de carretera. Alcanzar la velocidad sería el mayor esfuerzo, pero una vez que esté rodando, el mantenimiento de la velocidad de 5 km/h o 3 mph tendrá un requisito de entrada de energía más bajo.
Algo vagamente como esto pero con menos cerveza.
Desventajas
las subidas significativas van a ser muy lentas debido a la carga del carro.
Tu carrito no será especialmente aerodinámico, por lo que más de 5 km/h será exponencialmente más difícil debido a la resistencia del viento.
Requerimientos de metal: lo ideal sería tener rodamientos y pistas de metal para disminuir la fricción, y una cadena, ruedas dentadas y ejes de metal para mayor resistencia. Sin embargo, ciertamente han existido cadenas/engranajes y cojinetes de madera dura.
6 personas en un carro de 3 metros de largo usarán mucho espacio de carga para transportar a las personas. Supongo que menos de la mitad de la cubierta estará disponible para cargar.
Otra variación de esto es usar a las personas como animales de tiro y hacer que remolquen el carro con correas y arneses para los hombros. ¿Quizás un castigo para los criminales condenados?
Otros carteles ya mostraban que parece imposible con los requisitos dados.
Sin embargo, cuando pueda alterar esos requisitos, esas serían mis propuestas:
Alterar las calles para disminuir la fricción: haga que sus vehículos se "deslicen" sobre una película de agua (similar a un fenómeno conocido como aquaplaning). Sin embargo, para ese propósito, probablemente tendría que adaptar ligeramente las calles.
Además, si fuera posible, sugeriría a tu personaje que añadiera un globo aerostático a su vehículo; es bastante simple de construir y adjuntar, y puede viajar con el viento, ya que a su vendedor realmente no le importa a dónde irá después, eso debería estar bien, y si el viento lo está moviendo en la dirección equivocada, simplemente haga que su globo se adhiera a el suelo y esperar a que cambie la dirección del viento ;)
0.1m/d * 3m*3m*3m * 1000 kg/m^3 * 9.81 N/kg / 24 h/d / 3600 s/h
. El resultado de este producto es 0.307 Nm/s = 0.307 W
.¿Sería aceptable almacenar la energía temporalmente? Dado que hay mucha madera, puede recolectar la lluvia y usar una máquina de vapor para convertir la energía de la lluvia en tanques de aire comprimido. Que se puede usar para impulsar un vehículo, similar al que se muestra en la imagen.
Edite para responder a su pregunta: no parece haber una falla obvia en su idea, si considera que su historia tiene lugar en un planeta diferente a la Tierra. Esto no significa que puedas ignorar las leyes de la física, significa que puedes cambiar las constantes que son específicas de nuestro planeta en tus matemáticas.
Para ser más especifico:
Después de encontrar las ecuaciones que encuentre más adecuadas, modifique las constantes que desee, de modo que se pueda aprovechar suficiente energía.
Tu historia obviamente no está situada en nuestro planeta, lo que significa que eres libre de modificar:
No dejes que nuestro planeta te restrinja, a menos que estés concentrado en la historia que se desarrolla allí.
Si quieres que el planeta sea lo más parecido posible a la Tierra, juega cambiando las constantes mínimamente. Algunos deberían darle vehículos más probables, con menos modificaciones que otros.
De acuerdo, ¿entonces el agua de arriba no te dará suficiente energía para hacer que tu embarcación se mueva? En lugar de combinarlo con algo que pueda ofrecer una impresión más duradera, como... Sodio (Na).
Si bien eso podría chocar con su regla de "no mucho metal" y tal vez con su nivel esperado de tecnología, aún podría poner (agitar) a su inventor o a su sociedad en una situación en la que la disponibilidad de un elemento que reaccione de la misma (o incluso más exotérmica) con agua sería posible.
Pero debo admitir que no puedo ofrecer ningún cálculo sobre cuánto empuje podría aplicarse, ni qué le haría a su embarcación... al menos, habría suficiente agua alrededor para apagar los incendios...
En realidad, esta es una razón muy similar a por qué las chispas de un soldador no duelen. Individualmente llevan muy poca energía, como una gota de lluvia.
Así que no puedes usar el poder de una gota de lluvia que cae para impulsar nada más allá de la erosión.
En cuanto a un depósito, ahora su combustible pesa más que la energía que genera. Así que pase lo que pase, el plan no funciona. El agua simplemente no lleva suficiente energía para hacer casi nada. Su carrito estaría mejor con pedales y que el agua se recogiera en una pequeña jarra para saciar la sed de quien está vendiendo.
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