É possível construir um compressor de ar sem partes móveis?

É fisicamente possível construir um compressor de ar sem partes móveis? Estou visualizando um ciclo termodinâmico capaz de comprimir o ar sem partes móveis e operar de maneira estacionária. Não há limitação no fator de compactação, desde que seja significativamente maior que um (1.1, 2, 100 ...), mas o design deve ser realizável.

Zero peças móveis é uma grande restrição. Você pode interpretá-lo como a ausência de pistões, virabrequins e outros mecanismos complexos que se desgastam com o tempo. Se algumas peças móveis são necessárias, quais são as peças móveis mínimas necessárias, com os mais baixos requisitos de manutenção?

É possível fazer uma bomba / compressor de ar absolutamente sem partes móveis.

Faça uma pequena câmara eletricamente não condutora e cole 2 eletrodos nela. Pulsar um arco através dos eletrodos para que a pressão da câmara suba e desça rapidamente. Use válvulas de retenção de fluxo de ar tesla (porque elas não possuem partes móveis) para entrada e saída.

Quando o arco se formar através da câmara, o ar fechado ficará superaquecido e se expandirá principalmente para fora da porta de escape devido às válvulas de tesla, então a câmara esfriará e puxará ar fresco através da outra válvula de tesla.

Isso também pode ser feito com qualquer fonte de calor capaz de pulsar.

Se algum tipo de válvula de retenção de vedação for usada para substituir a válvula tesla, você também poderá manter altos níveis de compressão.

Você não atingirá um fluxo muito alto nem uma pressão muito alta (além de controlar a vazão de gás), e é um pouco de trapaça nas "sem partes móveis", mas você pode fazer um compressor sem partes sólidas em movimento . Além disso, é muito dispendioso em energia - seria muito melhor converter a energia em eletricidade e usar um compressor clássico, mas se por algum motivo você quiser obter ar pressurizado sem peças mecânicas, seria isso.

Você precisa de um forte fluxo de água e uma grande diferença de altitude. Tome um fluxo rápido e forte de água. Usando o efeito Venturi ou de outra forma arejando a água - misture-a com bolhas de ar / gás. À medida que a água viaja rapidamente pelo cano, as bolhas viajam para cima mais lentamente que o fluxo de água - elas são carregadas para baixo. Apesar do fluxo rápido, a saída do tubo é um pouco restrita e, como resultado, a pressão da água cresce com a altura da coluna de água e, com a coluna de água pressionando, a pressão nas bolhas também cresce.

Então o tubo gira para o lado. As bolhas não são mais arrastadas para baixo e, portanto, movem-se para o lado superior do tubo, eventualmente escapando do fluxo de água e acumulando-se em um reservatório acima da borda superior do tubo; eles estão na mesma pressão que a água - que ainda precisa passar por uma constrição, então sua pressão é razoavelmente alta.

Obviamente, ele não funcionará com tubos estreitos e baixo fluxo, pois a viscosidade da água reduziria a velocidade descendente e a distribuição de pressão. E a quantidade de ar retirado deve ser controlada porque - diferentemente dos compressores normais - a pressão é mantida o tempo todo, mas o volume do gás cai e, se você o esgotar, começará a tirar água. E, obviamente, existem usos melhores para um fluxo de água de alto volume e alta pressão do que comprimir um pouco de ar. É um desperdício, porque a maior parte da energia da água é perdida. Ainda - o conceito é sólido; Ao escalar a altura do tubo para baixo, é possível atingir pressões razoáveis, a cerca de 1 bar por 10m. E a única parte móvel física é a válvula de saída que não precisa se mover durante a operação.

Trompes são muito semelhantes e já foram usados ​​para fornecer ar comprimido aos fornos.

A construção de alta tensão em uma ionocraft fornece fluxo de ar sem nenhuma parte móvel. A diferença de pressão é muito pequena, mas a combinação de vários estágios aumentará.

Interpretando "partes móveis" como significando que todas as partes sólidas do dispositivo precisam ser rígidas e o requisito como capacidade de fornecer um fluxo constante de ar a uma pressão constante não trivialmente maior que a ambiental, suspeito que a resposta seja um não qualificado.

Também estou assumindo que combustíveis e fluidos de trabalho não contam como "partes".

$p \propto \frac{NT}{V}$

Uma abordagem seria imitar um compressor de ar típico e tentar eliminar o maior número possível de partes móveis. Por exemplo, algo como um aríete hidráulico pode eliminar pistões, impulsores, parafusos, etc. e nos permite extrair energia de um corpo de água em movimento para comprimir o ar, mas ainda requer válvulas. Uma bomba sem válvula, como vista neste vídeo, requer um pistão rotativo especial. Um sifão básico não possui partes móveis e pode criar pressão se você envolver o reservatório inferior, mas é totalmente impraticável como parte de um compressor de ar - e mesmo se não fosse, você ainda precisaria de algum tipo de válvula para entregue o ar pressurizado.

Outra abordagem é manipular a temperatura, que soa como o que você tem em mente. É fácil o suficiente gerar calor sem mover peças; um queimador ou uma bobina elétrica fará isso. Mas como você contorna o problema das válvulas? Para que a pressão aumente, você precisa de um espaço fechado e, depois de ter pressão, o ar precisa sair desse espaço fechado. Se você quiser ser criativo, tente algo como um diafragma com uma abertura que só abre quando o diafragma se expande; a pressão fará sua própria saída. Mas um diafragma ou bexiga sólida em expansão e em contração também me parece uma parte móvel. Pode ser mais durável do que outros tipos de peças móveis, suponho, mas, novamente, talvez não.

Para produzir um fluxo constante de pressão, você precisa de um tanque de retenção e a magnitude da pressão de entrega será reduzida significativamente com base no limite superior de pressão que você pode desenvolver no tanque de retenção e na rapidez com que pode desenvolvê-lo. As válvulas Tesla sugeridas na resposta do netduke são muito inteligentes, mas na verdade são dispositivos limitadores de fluxo diferenciais; Não vejo eles sendo capazes de desenvolver e manter a pressão em um tanque que você pode liberar sob demanda por energia pneumática.

Portanto, a razão de ser um "qualificado" não é isso. Em teoria, se você aceitar que seu compressor de ar pode ser totalmente impraticável para a maioria dos propósitos, você não conta a deformação elástica como movimento e "trapaceia" algumas vezes com válvulas e reguladores, então sim. Você pode criar um dispositivo que comprima o ar em um tanque e depois fazer o que quiser. Na prática, parece uma má ideia que não escala bem, mas é um exercício interessante para brincar.

Outra qualificação é que você pode obter uma resposta completamente diferente em um contexto microfluídico.

A bomba Knudsen possui zero partes móveis e é baseada na difusão térmica (o gás flui da extremidade baixa para a alta temperatura de um tubo). A contrapressão à qual o fluxo pode resistir é denominada diferença de pressão termomolecular e é uma função da razão entre o caminho livre médio do gás e as dimensões das paredes dos tubos - os avanços modernos no conceito usaram vários materiais, como zeólitos compostos por nano- poros de escala para melhorar essa proporção.

Sim. Um dispositivo incrível chamado tromp ou trompe . O fluxo de água para cima e para baixo em um funil com um canudo ou tubo elevado acima do nível da água. A água corrente arrasta o ar circundante, puxando o ar através da palha e oxigenando a água com pequenas bolhas de ar. A água viaja através do tubo sob o rio ou córrego em que é colocada e, enquanto se move horizontalmente através do tubo, as bolhas de ar escapam para um ou dois tanques de ar conectados ao tubo ... isso comprime o ar. Enquanto a água estiver fluindo, mesmo que bem devagar, o ar será comprimido nos tanques.

Cerca de 100 anos atrás, uma operação de mineração em larga escala no Canadá usava um tromp para alimentar todas as brocas pneumáticas etc. Por que não está sendo usada hoje em dia é intrigante?

Isso é feito facilmente usando um fluxo supersônico. Adição de calor ou ondas de choque.

Supondo que essa pergunta seja teórica, a resposta pode ser aquecer o ar. É semelhante ao pós-combustor em jatos militares. Veja: Wikipedia \ afterburner Você não precisa adicionar o fluido de combustão em seu fluxo, se usar canais, como em um aquecedor de água doméstico.

O princípio do pós-combustor , relacionado ao aumento da pressão de um fluxo de ar, é citado aqui: "O pós-combustor injeta combustível a jusante da turbina e reaquece o gás. Em conjunto com o calor adicionado, a pressão sobe no tubo de escape e no gás é ejetado através do bico a uma velocidade mais alta. O fluxo de massa também é ligeiramente aumentado pela adição de combustível ".

É absolutamente possível e já existe há algum tempo em compressores termoacústicos . Originalmente, eles foram desenvolvidos para refrigeradores criogênicos para condensar gases em líquidos e essa continua sendo sua principal aplicação, embora existam empresas trabalhando para levar essa tecnologia ao nível do consumidor. Esses compressores não possuem partes móveis, ou no máximo uma (a fonte de som). Eles também têm o benefício de não usar gases de efeito estufa.