Ongelmia ja kysymyksiä

  • Kuinka viedä myrskyn loputtua  EMU laitteet seuraavaan myrskyyn. – yksi ratkaisu on sitoa EMUt pitkäksi ketjuiksi, joita huoltolaivat vetäisivät lähemmäksi seuraavaa myrskyä.
  • Vielä puuttuu riittävän  tehokaat kolmannen energian tekolaitteet samoin hyvä kolmannen energian tallennusaine (yliopistot, ja kemian teollisuus).
  • Vapautuneen hiilidioksidin keräyslaitteita ei ole vielä tuotannossa ja ne on saatava riittävän tehokkaiksi.
  • EMUn toimivuus myrskytilanteissa vaatii tutkimista ja testaamista meriteollisuuden tutkimuslaitoksessa ja rahaa, jota tällä hetkellä ei ole riittävästi.
  • Idean lopullinen toteuttaminen vaatisi investointeja, joka on Yhdysvaltojen valtion velan suuruusluokkaa 🙂

Sähköenergian tuottaminen

Veden vastus2Laitteeseen osuva tuuli työntää laitetta veden päällä pinnan suuntaisesti. Tällöin vedenalaiset siivekkeet pyrkivät pyörittämään laitetta. Myös pinnan yläpuolella oleviin siivekkeisiin osuva tuuli pyörittää laitetta tietokoneen ohjaamana optimaalisen tehon saavuttamiseksi. Sekä pinnan alaiset että -päälliset siivekkeet pyörittävät EMUa normaalisti samaan suuntaan.

Pyörimisnopeutta hallitaan säätämällä generaattoreiden tehoa tietokoneiden ja epäkeskeisten vastapainojen avulla, ts. aiheutetaan niillä sopiva myrskyn aiheuttamaa pyörimistä vastustava momentti.
Tarkoituksena on saada laite pyörimään veden pinnalla niin, että laitteen energian tuotanto olisi mahdollisimman suuri ja veden alla olevien siivekkeiden pinnoille B (oheinen kuva) syntyisi mahdollisimman vähän  pyörimistä vastustavaa painetta.
Oheisesta kuviosta on todettavissa, että generaattorien epäkeskopainojen aiheuttama vääntömomentti on aina yhtäsuuri, mutta vastakkaissuuntainen kuin veden päällä vaikuttavan tuulen ja vedenalaisten siivekkeiden pinnoille A ja B syntyneiden paineiden aiheuttamat vääntömomentit yhteensä.
Energian tuoton kannalta vaikuttanee ihanteelliselta se tilanne, jossa laitteen vedenalaisten siivekkeiden pinnoille A muodostuva paine olisi suuri ja pinnoille B muodostuva paine pieni. Silloin laitteen pyörimisnopeus ei olisi kovin suuri, jolloin generaattorit hidastaisivat tehokkaasti pyörimistä eli niiden tehon tuotto olisi oltava kohtuullisen suuri. Energian saannin hyötysuhde olisi silloin suurimmillaan ja energian tuotto voitaisiin pitää tasaisena.
Edellä oleva tarkoittaa sitä, että generaattorien tehoa / vastapainon vääntömomenttia suurentamalla, voidaan kohdistaa veden alla oleviin siivekkeisiin paine pinnoille A. Mitä suurempi tämä paine on, sitä hitaammin laite etenee veteen nähden. Toisaalta haluttaessa suurentaa laitteen etenemisnopeutta, pienennetään generaattoreiden tehoa, jolloin pinnoille A syntyvä liikkumista hidastava paine pienenee tai tarvittaessa suurennetaan moottoreilla pinnoille B kohdistuvaa painetta.
Lisäksi voidaan ymmärtää se, että sopivilla generaattoreiden tehojen säädöillä voidaan pintoihin A ja B  kohdistetuilla paineilla muuntaa veden liike- ja potentiaalienergiaa sähköenergiaksi.

 Pyörremyrskyn energia                   Sivun alkuun

EMUn liikkumista haittaava veden vastus

veden vastus7Tässä osiossa tarkastellaan lähemmin EMUn liikkumiseen liittyviä ongelmia.
Yleispiirteenä voidaan todeta, että EMUn sähköntuotto on riippuvainen tuulen aiheuttamasta niin laitteen painopisteen etenemisnopeudesta kuin pyörimisnopeudesta.
Laitteen etenemistä estää sen edessä oleva vesimassa, joka olisi saatava siirretyksi laitteen taakse. Mitä syvemmällä laite ui, sitä suurempi on siirrettävä vesimäärä ja sitä suurempi etenemisvastus 🙁
Laitteen pyöriessä vedessä kohdistuu vedenalaisten siivekkeiden pinnoille A ja B paineita (oheinen kuva). Mainitut paineet riippuvat siitä, millainen on laitteen siivekkeiden kehänopeus verrattuna laitteen painopisteen etenemisnopeuteen (pintaveteen nähden). Jos  painopisteen etenemisnopeus on yhtäsuuri siivekkeiden nopeuden kanssa (veden alla vastakkaissuuntaiset) kohdistuu vedenalaisille pinnoille A ja B lähes yhtä suuret paineet – teoriassa. Lisäksi laitteen ja veden kosketuspintojen välinen kitkavoima on pienimmillään.
Jos laitteen painopisteen etenemisnopeus on suurempi kuin siivekkeiden kehänopeus, muodostuu pinnoille A suurempi paine kuin pinnoille B. Muodostunut paine-ero pyrkii suurentamaan pyörimisnopeutta, joka samalla pyrkii pienentämään laitteen etenemisnopeutta.
Jos laitteen painopisteen etenemisnopeus on pienempi kuin siivekkeiden kehänopeus, muodostuu pinnoille B suurempi paine kuin pinnoille A.  Paine-ero pyrkii pienentämään pyörimisnopeutta, joka samalla pyrkii suurentamaan laitteen etenemisnopeutta.
Vielä on huomattava, että mitä syvemmällä laite ui, sitä suuremmaksi muodostuvat veden alla olevien siipien pinnat. Silloin pyörimistä haittaavat voimat suurenevat.
Jotta veden aiheuttamat vastukset voitaisiin pitää pieninä, olisi laitteet suunniteltava / pidettävä mahdollisimman keveinä ja saatava ne pyörimään veden pinnalla niin, että laitteen veden alla oleviin siivekkeisiin syntyisi pyörimistä vastustavaa haitallista painetta mahdollisimman vähän.
Paineanturien ohjaamien generaattorien tehon säädöillä voidaan hallita pinnanalaisiin siivekkeisiin kohdistuvia veden paineita pinnoille A ja B. Tähän perustuu optimaalinen veden liike- ja potentiaalienergian muuttaminen sähköenergiaksi tuulen liike-energian lisäksi.

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

Pyörimisvastuksen minimointi

Seuraavaksi kuvitellaan  tilanne, jossa laite on kevyt ja generaattorien teho säädetään sellaiseksi, että liikkeellä oltaessa siivekkeiden kehänopeus ja laitteen painopisteen etenemisnopeus veteen nähden pysyy koko ajan yhtäsuurena.
Silloin vedenalaisten siivekkeiden pinnoille A ja B muodostuvat paineet olisivat mahdollisimman lähellä toisiaan ja vesi lentäisi minimaalisesti. Tällä tavoin hukkaantuisi energiaa mahdollisimman vähän meriveden lämmittämiseen kitkan ja paineenalaisten siivekkeiden pyörteissä.
Tuuli työntää laitetta, joka pyörii mahdollisimman vapaana veden päällä.
Hyvä analogia on vertailla laitetta auton pyörään, joka vierii vapaasti tien päällä auton työntämänä.

Tee EMUsta peli – samalla pelastat maailman :-/