¿Es posible construir un compresor de aire sin partes móviles?

¿Es físicamente posible construir un compresor de aire sin partes móviles? Estoy imaginando un ciclo termodinámico capaz de comprimir aire sin partes móviles y que funcione de manera estacionaria. No hay limitación en el factor de compresión, siempre que sea significativamente mayor que uno (1.1, 2, 100 ...) pero el diseño debe ser realizable.

Cero partes móviles es una gran restricción. Puede interpretarlo como la ausencia de pistones, cigüeñales y otros mecanismos complejos que se desgastarán con el tiempo. Si se necesitan algunas piezas móviles, ¿cuáles son las piezas móviles mínimas requeridas, con los requisitos de mantenimiento más bajos?

Es posible hacer una bomba de aire / compresor sin partes móviles.

Haga una pequeña cámara eléctricamente no conductora y pegue 2 electrodos en ella. Pulse un arco a través de los electrodos para que la presión de la cámara aumente y disminuya rápidamente. Use válvulas de retención de flujo de aire tesla (porque tienen cero partes móviles) para la admisión y el escape.

Cuando el arco se forma a través de la cámara, el aire cerrado se sobrecalentará y se expandirá principalmente fuera del puerto de escape debido a las válvulas tesla, luego la cámara se enfría y aspira aire fresco a través de la otra válvula tesla.

Esto también se puede hacer con cualquier fuente de calor pulsable.

Si se usa algún tipo de válvula de retención de sellado para reemplazar la válvula tesla, también puede mantener altos niveles de compresión.

No alcanzará un flujo muy alto ni una presión muy alta (además debe controlar el flujo de salida de gas), y es un poco tramposo las "partes no móviles", pero puede hacer un compresor sin partes sólidas móviles . Además, es muy derrochador de energía: sería mucho mejor convertir la energía en electricidad y usar un compresor clásico, pero si por alguna razón desea obtener aire a presión sin partes mecánicas, eso sería todo.

Necesita un fuerte flujo de agua y una gran diferencia de altitud. Tome un flujo de agua rápido y fuerte. Usando el efecto Venturi o de alguna otra manera airee el agua: mezcle con burbujas de aire / gas. A medida que el agua desciende rápidamente por la tubería, las burbujas viajan hacia arriba más lentamente que el flujo de agua: se transportan hacia abajo. A pesar del flujo rápido, la salida de la tubería está algo restringida y, como resultado, la presión del agua aumenta con la altura de la columna de agua, y con la columna de agua presionando hacia abajo, la presión en las burbujas también aumenta.

Entonces la tubería gira de lado. Las burbujas ya no se arrastran hacia abajo, por lo que se mueven hacia el lado superior de la tubería, escapando finalmente del flujo de agua y acumulándose en un depósito por encima del borde superior de la tubería; están a la misma presión que el agua, que aún debe pasar una constricción, por lo que su presión es bastante alta.

Por supuesto, no funcionará con tuberías estrechas y bajo flujo ya que la viscosidad del agua reduciría la velocidad hacia abajo y la distribución de presión. Y la cantidad de aire extraído debe controlarse porque, a diferencia de los compresores normales, la presión se mantiene en todo momento, pero el volumen del gas cae y, si lo extrae, comenzará a extraer agua. Y obviamente, hay mejores usos para un flujo de agua de alto volumen y alta presión que la compresión de un poco de aire. Es un desperdicio, porque la mayor parte de la energía del agua se pierde. Aún así, el concepto es sólido; Al escalar la altura de la tubería hacia abajo puede alcanzar presiones bastante razonables, de aproximadamente 1 bar por 10 m. Y la única parte física en movimiento es la válvula de salida que no necesita moverse durante la operación.

Los trompes son muy similares y alguna vez se usaron para proporcionar aire comprimido a los hornos.

La construcción de alto voltaje en un ionocraft proporciona flujo de aire sin partes móviles. La diferencia de presión es muy pequeña, pero la combinación de múltiples etapas la aumentará.

Interpretando "partes móviles" como que cada parte sólida del dispositivo tiene que ser rígida, y el requisito como la capacidad de entregar una corriente constante de aire a una presión constante no trivialmente mayor que la ambiente, sospecho que la respuesta es un no calificado

También estoy asumiendo que los combustibles y los fluidos de trabajo no cuentan como "partes".

Parece razonable suponer que cualquier compresor de aire remotamente práctico funcionará en condiciones donde se aplique la ley de los gases ideales, por lo que .$p \propto \frac{NT}{V}$

Un enfoque sería imitar un compresor de aire típico e intentar eliminar tantas partes móviles como sea posible. Por ejemplo, algo así como un ariete hidráulico podría eliminar pistones, impulsores, tornillos, etc. y permitirnos extraer energía de un cuerpo de agua en movimiento para comprimir aire, pero aún requiere válvulas. Una bomba sin válvula como se ve en este video requiere un pistón giratorio especial. Un sifón básico no tiene partes móviles y puede crear presión si encierra el depósito inferior, pero es totalmente impracticable como parte de un compresor de aire, e incluso si no lo fuera, aún necesitaría algún tipo de válvula para entregar el aire a presión.

Otro enfoque es manipular la temperatura, que suena como lo que tienes en mente. Es bastante fácil generar calor sin partes móviles; un quemador o una bobina eléctrica lo harán. Pero, ¿cómo solucionar el problema de la válvula? Para que la presión aumente, necesita un espacio cerrado, y una vez que tiene presión, el aire necesita salir de ese espacio cerrado. Si desea ser creativo, puede probar algo como un diafragma con una abertura que solo se abre cuando el diafragma se ha expandido; entonces la presión hará su propia salida. Pero un diafragma o vejiga sólida en expansión y contracción también me parece una parte móvil. Supongo que podría ser más duradero que otros tipos de partes móviles, pero, de nuevo, puede que no.

Para producir un flujo constante de presión, necesita un tanque de retención y la magnitud de su presión de descarga se reducirá significativamente en función del límite superior de presión que puede desarrollar en el tanque de retención y la rapidez con la que puede desarrollarla. Las válvulas Tesla sugeridas en la respuesta de netduke son muy inteligentes, pero en realidad son dispositivos que limitan el flujo diferencial; No veo que puedan desarrollar y mantener la presión en un tanque que podría liberar a demanda de energía neumática.

Entonces, la razón por la que es un "calificado" no es esto. En teoría, si acepta que su compresor de aire puede ser totalmente poco práctico para la mayoría de los propósitos, no cuenta la deformación elástica como movimiento y hace "trampa" algunas veces con válvulas y reguladores, entonces sí. Puede crear un dispositivo que comprima el aire en un tanque y luego hacer lo que quiera. En la práctica, parece una idea pobre que no se adapta bien, pero es un ejercicio interesante para jugar.

Otra calificación es que puede obtener una respuesta completamente diferente en un contexto de microfluídica.

La bomba Knudsen tiene cero partes móviles y se basa en la difusión térmica (el gas fluye desde el extremo de baja a alta temperatura de un tubo). La contrapresión que puede resistir el flujo se denomina diferencia de presión termomolecular y es una función de la relación entre la trayectoria libre media del gas y las dimensiones de las paredes del tubo: los avances modernos en el concepto han utilizado diversos materiales como las zeolitas que consisten en nanopartículas. escale los poros para mejorar esta relación.

Sí. Un dispositivo asombroso llamado tromp o trompe . El flujo de agua arriba y abajo de un embudo con una pajita o tubo elevado por encima del nivel del agua. El agua que fluye arrastra el aire circundante, arrastrando el aire a través de la pajita y oxigenando el agua con pequeñas burbujas de aire. El agua viaja a través del tubo debajo del río o la corriente en la que se coloca y, a medida que se mueve horizontalmente a través del tubo, las burbujas de aire escapan a uno o dos tanques de aire conectados a la tubería ... esto comprime el aire. Mientras el agua fluya, incluso muy lentamente, el aire se comprimirá en los tanques.

Hace unos 100 años, una operación minera a gran escala en Canadá utilizó un tromp para alimentar todos los taladros neumáticos, etc. ¿Por qué no se usa hoy en día es desconcertante?

Esto se hace fácilmente usando un flujo supersónico. Ya sea por adición de calor u ondas de choque.

Asumiendo que esta pregunta es teórica, la respuesta puede ser calentar el aire. Es similar a los postquemadores en aviones militares. Ver: Wikipedia \ afterburner No tiene que agregar el fluido de combustión a su flujo, si usa canales, como en un calentador de agua doméstico.

El principio del postquemador, en relación con el aumento de la presión de un flujo de aire, se cita a continuación: "El postquemador luego inyecta combustible aguas abajo de la turbina y recalienta el gas. Junto con el calor adicional, la presión aumenta en el tubo de escape y el gas se expulsa a través de la boquilla a una velocidad más alta. El flujo de masa también se incrementa ligeramente por la adición del combustible ".

Es absolutamente posible y se ha hecho desde hace algún tiempo en compresores termoacústicos . Originalmente se desarrollaron para crioenfriadores para condensar gases en líquidos y esa sigue siendo su aplicación principal, aunque hay empresas que trabajan para llevar esta tecnología al nivel del consumidor. Estos compresores no tienen, o como máximo una, partes móviles (la fuente de sonido). También tienen el beneficio de no usar gases de efecto invernadero.