K prameňom skepsy odborníkov voči pacyklovému stroju sa dostanem za chvíľu. Najprv sa stručne vrátim k začiatku plagátovej akcie na jeho propagáciu. Stalo sa tak 28. augusta, pri fontáne Metamorfózy, na ktorej sa skvie výrazné meno mikulášskeho rodáka profesora Aurela Stodolu.
Oslavy 62. výročia SNP v Liptovskom Mikuláši
Nevedel som, že práve v tom čase začnú miestne oslavy 62. výročia SNP – pri pamätníku sovietskych vojakov, ktorý sa nachádza neďaleho fontány. Títo padli počas dlhých šesť týždňov oslobodzovacích bojov v Liptovskom Mikuláši i jeho okolí v roku 1945. Mesto bolo oslobodené 4. apríla 1945, ale vyžiadalo si to krutú daň – životy spolu 4563 sovietskych a československých vojakov.
Nechcel som svojím („v našich zemepisných šírkach“) nezvyčajným počinom narúšať spomienkovú slávnosť, preto mi kamarát rýchlo urobil zopár záberov pri fontáne a porúčali sme sa s plagátom mimo centra diania. Zábery, o ktoré som mal pôvodne najväčší záujem, sa nevydarili pre banálnu chybu – boli značne preexponované a ako také nepoužiteľné. Ale mal som záujem aj spomienkovú slávnosť, z ktorej som urobil zopár záberov pri správnom nastavení fotoaparátu.
Každá doba rieši svoje
Keď som bol mladší – pamätám – hovorievalo sa, že (padlí) „položili život za to, aby sme sa my mali lepšie“. Určite sa máme lepšie, ako bolo vtedy. Zároveň platí aj, že každá doba má svoje problémy, s tými sa musíme boriť takrečeno denno-denne a tak plynulo nadväzujeme na odkaz predošlých generácií.
Dá sa povedať, že mnohé významné osobnosti sa v svojej dobe tiež snažili prispieť vlastnou hrivnou k tomu, aby sa mohli mať ich potomkovia lepšie. Jedným z nich bol aj profesor Aurel Stodola. Jeho život a dielo sú pomerne známe. Stručne povedané, významnou mierou prispel k rozvoju konštrukcie parných a plynových turbín tým, že vo svojom diele zhrnul všetky svoje praktické i teoretické poznatky z danej oblasti. Mnohé z nich sú uznávané dodnes.
Technické status quo
Parné i plynové turbíny sú tepelné motory, ktorých koštrukcia im umožňuje dosahovať – pri danej hmotnosti a rozmeroch – podstatne vyššie výkony ako majú klasické piestové motory. Konštrukciu piestových motorov predurčil fakt principiálneho významu, totiž, že žiadne plynné médium sa nedokáže (za bežných fyzikálnych podmienok a pri prijateľnom maximálnom objeme pracovného priestoru) rozpínaním ochladiť do tej miery, že by spontánne skvapalnelo.
Piestové motory pracujú cyklicky (napr. na princípe Carnotovho cyklu) a posuvný pohyb piesta musia prevádzať na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Piestové motory na paru sú, pochopiteľne, motory s tzv. vonkajším spaľovaním. Piestové motory poháňané plynom (LPG, CNG), benzínom alebo naftou a pod. sú motory s tzv. vnútorným spaľovaním. Do pracovného priestoru sa privádza zmes vzduchu a pohonnej hmoty (paliva), ktorá sa zapáli (elektricky) alebo vznieti (diesel). Zhorením paliva sa uvoľní do spalín určitá tepelná energia, z ktorej časť možno – prostredníctvom piesta - využiť na užitočnú prácu. Zvyšok tepelnej energie unikne z motora prevažne zo spalinami cez výfuk.
Motory s vnútorným spaľovaním využívajú tú priaznivú okolnosť, že kyslík (cca 21 %) potrebný na zhorenie paliva je obsiahnutý vo všadeprítomnom vzduchu. Treba len dbať, aby nasaté množstvo kyslíka stačilo na zhorenie paliva bezo zbytku. Ak prívod kyslíka nie je úmerný prívodu paliva do pracovného priestoru, dá sa problém riešiť napríklad turbokompresorom.
Všadeprítomný vzduch má však zároveň aj nevýhodnú vlastnosť – vysoký obsah dusíka (cca 79 %). Ak teplota spalín dosiahne v pracovnom priestore privysokú teplotu, kyslík zo vzduchu oxiduje - popri vodíku a uhlíku (obsiahnutých v palive; vodík na vodnú paru, uhlík na oxid uhličitý a čiastočne aj uhoľnatý) - aj prítomný dusík na škodlivé oxidy dusíka (tzv. NOx). Z dusíka môže vzniknúť až päť rôznych oxidov: dusný (N2O), dusnatý (NO), dusitý (N2O3), dusičitý (NO2) a dusičný (N2O5).
Turbíny vytvárajú priamo rotačný pohyb, a to v dôsledku plynulého prúdenia pracovného média a následne spalín (ak sa nejedná o parnú turbínu) ich vnútrom. Výkon plynovej turbíny, pri daných rozmeroch, možno regulovať pomocou zmeny dávkovania paliva (v kg/s), čomu sa prispôsobia aj otáčky turbíny.
Trochu fyziky
V zmysle zákona zachovania energie, pre akýkoľvek motor platí:
príkon = výkon + straty .
Nevyhnutnosť strát energie v každom procese, kde dochádza k (aspoň čiastočnej) zmene jej pôvodnej formy (napr. tepelnej energie) na inú formu (napr. kinetickú energiu), je dôvodom pre vznik pojmu „účinnosť“ motora. Platí:
účinnosť = výkon/príkon = výkon/(výkon + straty) =
= (výkon + straty – straty)/(výkon + straty) = 1 - straty/(výkon + straty) < 1
Význam účinnosti strojov je však svojím spôsobom preceňovaný.
Historicky mal tento pojem v prvom rade zdôvodniť nízku účinnosť prvých tepelných motorov, ktorá nepresahovala 5% - 10%.
V druhom rade sa hľadala odpoveď na otázku (teoreticky) maximálnej možnej účinnosti daného tepelného motora. Zistilo sa, že ak tepelný motor odoberá teplo zo zásobníka s teplotou T1, koná prácu a zostatok nepremeneného tepla odovzdáva chladiču s teplotou T2, jeho účinnosť
ƞ = (T1 – T2)/T1 < 1
Reálne spaľovacie motory, používané predovšetkým v doprave, však nemajú onen chladič s teplotou T2, pretože teplotu T2 fakticky majú spaliny, ktoré sú z pracovného priestoru vo valcoch brutálne vytláčané do okolitej atmosféry. Chladič, ako ho u spaľovacích motorov poznáme, má za úlohu len chladiť ich blok. T.j., chrániť ich pred tým teplom, ktoré neuniklo so spalinami výfukom von z motora, ale vstúpilo priamo do stien valcov.
Opomíňaný aspekt účinnosti
Nepamätám sa, žeby som sa niekedy niekde stretol s myšlienkou, že účinnosť je vo všeobecnosti - objektívne - aj akoby dôsledkom platnosti zákona akcie a reakcie.
Všimnime si Clausiusovu formuláciu druhej termodynamickej vety. - Nemožno zostrojiť cyklicky pracujúce zariadenie, ktoré nevytvára žiaden efekt okrem toho, že prenáša teplo z telesa s nižšou teplotou na teleso s vyššou teplotou. To znamená, že sa tepelná energia nemôže samovoľne premieňať na mechanickú prácu.
To isté možno vyjadriť trochu inými slovami. – Nedá sa meniť formu energie z jednej na inú, bez zodpovedajúcich zmien v okolí. A, ako naschvál – v skutočnosti však zákonite, tie „zodpovedajúce zmeny v okolí“ majú tú nepríjemnú vlastnosť, že brzdia proces onej premeny foriem energie. Naštartovanie premeny predstavuje akciu. Reakciou sú konkrétne zmeny v okolí, a je len otázkou času, kedy pôvodný proces zastavia.
Pozrime sa na parný stroj, ktorý by mal nedostatočne funkčný chladič, takže by nestíhal dostatočne rýchlo rozptyľovať kondenzačné teplo do okolia. Bolo by len otázkou času, kedy by sa teplom celkom zahltil, čo by vyradilo celý stroj z činnosti.
Existujú aj iné príklady, ktorými možno túto myšlienku ilustrovať.
Všimnime si napríklad veternú elektráreň. Jej rotor odoberá vetru časť jeho kinetickej energie, aby mohla vzniknúť elektrická energia. V dôsledku toho sa rýchlosť vetra za rotorom spomalí. Dôsledkom je narušenia procesu kontinuity prúdenia. Vzduch sa v oblasti za rotorom začne hromadiť a stúpne jeho tlak. Vznikne tak prekážka, s ktorou sa musí vietor do určitej miery popasovať. Ešteže nárast tlaku spôsobí, že spomalený vzduch sa začne pohybovať aj inými smermi ako prúdil pôvodne. A čo všetko by sa muselo diať, keby rotor veternej elektrárne - dákym zázračným spôsobom - dokázal obrať vietor o všetku jeho kinetickú energiu? Alebo, keby vodná turbína dokázala využiť všetku kinetickú energiu prúdiacej vody.
Principiálny rozdiel medzi pacyklovým strojom a klasickými tepelnými motormi
Pre pacyklový stroj je príznačné, že dokáže premieňať na mechanickú energiu akékoľvek nízkopotenciálové teplo, t.j. teplo s ľubovoľne nízkou teplotou, a to vďaka tomu - hoci sa to zdá málo pravdepodobné - že nepotrebuje chladič.
Funkčný princíp pacyklového stroja ani nevyužíva žiadne nové, dosiaľ neznáme poznatky z oblasti termomechaniky. Naopak, je založený len na umnom spojení a využití bežne známych a prakticky dobre overených poznatkov.
Všetkých pochybovačov o pravdivosti týchto tvrdení upozorňujem na skutočnosť, že vývoj v oblasti termodynamiky sa nelíšil od historického vývoja fyziky ako celku. Fyzici, pri svojom bádaní, jednoducho obišli mnoho otázok principiálneho významu a nechali ich bez odpovede. Typickým príkladom je druhá veta termodynamická, charakterizovaná prívlastkami „empirická“ a „pravdepodobnostná“. Je to len logický dôsledok absencie vedecky korektnej odpovede na otázku, prečo teplo spontánne prúdi vždy z teplejšieho miesta na miesto chladnejšie.
Formulácia druhej vety termodynamickej podľa W. Thomsona a M. Plancka znie, že nemožno zostrojiť periodicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by trvalo konal prácu výlučne tak, že by ochladzoval jedno teleso, a k žiadnej ďalšej zmene v okolí by nedochádzalo.
Pacyklový stroj sa vymyká z dosahu tejto formulácie. Jednak nie je cyklicky pracujúcim strojom – preto som ho (na odlíšenie od motorov s iným funkčným princípom) nazval pacyklovým. A svojou činnosťou aj spôsobuje vo svojom okolí určité zmeny, avšak také, že sa im vie vždy prispôsobiť.
Diametrálnu odlišnosť medzi pacyklovým strojom a všetkými ostatnými tepelnými strojmi možno veľmi jednoducho vysvetliť pomocou obr.1, ilustrujúceho dôvody obmedzenia hodnoty ich tepelnej účinnosti.
Pacyklový stroj totiž pracuje nie cyklicky ale kontinuálne, a to tak, že nezúžitkovaná energia, označená na obr.1 pojmom „straty“, sa vracia do procesu transformácie – vďaka fyzikálnym vlastnostiam použitého pracovného média - naspäť na „vstup“ akoby nová 100 %-tná nová dávka tepelnej energie. Obr.2. Preto pojem účinnosti pacyklového stroja nemá presne ten istý zmysel, v akom sa zvykne používať.
Aby nedochádzalo k mäteniu pojmov, keďže návrat zbytkovej tepelnej energie na vstup transformačného procesu nemožno považovať za rovnaký stav ako bol predošlý, nemožno hovoriť o novom „cykle“ (v zmysle vratného stroja), ale o novom „pacykle“ v prevádzke pacyklového stroja.
Moje doterajšie skúsenosti s informovaním odbornej verejnosti v danej veci ukazujú, že odborníci uvažujú krajne konzervatívne a nesnažia sa preniesť za hranice svojich teoretických i praktických vedomostí do tej miery, že by prejavili o funkčný princíp pacyklového stroja záujem. Akoby sa obávali kompromitácie, že sa vôbec starajú o podobný „nezmysel“. Pritom si neuvedomujú, že v problematike za hranicami ich odbornosti, sú rovnakými laikmi ako všetci ostatní. Každým unáhleným záverom – predsudkom - sa tak prehrešujú voči základným zásadám vedeckého uvažovania a odbornej práce, a netreba ani dokladať, že sa tak deje na všeobecnú škodu.
Pacyklový stroj totiž predstavuje technický prostriedok na riešenie takých aktuálnych problémov, ako sú účinné opatrenia proti globálnemu oteplovaniu alebo spôsob významného sanovania ekonomických dôsledkov pandémie koronavírusu Covid 19.
Do pozornosti stálym čitateľom mojich článkov:
Vážení priatelia, v poslednej dobe dostávam do svoje e-mailovej schránky cufr@centrum.sk od facebooku zoznamy mien ľudí, ktorí by azda chceli so mnou komunikovať cez facebook. Za všetky ponuky na tento kontakt vám srdečne ďakujem, no (predbežne) zo - subjektívnych dôvodov - nechcem pobývať na facebooku, aj keď ponúka možnosť chatu. Preto každého, kto má záujem o nejaké doplňujúce informácie k mojim myšlienkam, alebo dokonca záujem o nejakú (aj jednorázovú) formu spolupráce so mnou, nateraz odkazujem na uvedený e-mailový kontakt. Dúfam, že vás to neurazí ani neodradí od vašich zámerov v súvislosti so mnou. Ďakujem vám za porozumenie.
