Auftrieb Körper unter Wasser

Wissenschaft Physik
#21

hi,

er leistet nicht 7,5 kW, die nimmt er auf.
wie die Fördermenge angegeben ist, müsste ich nachsehen, ich vermute aber mal, es wird die unkomprimierte Luft gemessen.
Du benötigst aber deutlich mehr als 1000 Liter und das ab der ersten Sekunde mit 11 bar.
Die Fördermenge wird mit steigendem Druck immer mehr abnehmen.

du baust soviel Technik ein, dass du den Überblick verlierst und dir dann etwas schönrechnen kannst.
Bleib simple.
Kugel oben raus, Wasserstand um 3m³ niedriger. Wie kommen die 3m³ da wieder rein?
Du willst das Volumen von unten mit Druckluft erzeugen.
Das kannst du gleichsetzen, in dem du das Wasser direkt unten in den Behälter pumpst.
Und da wird auch offensichtlich, dass es nicht mit weniger Energie geht, als bei dem herunterfallen entnommen werden kann.

Das geht auch mit Drehungen oder irgendetwas nicht einfacher. Das ist dann nur eine Art Getriebe, die es kompliziert macht und man den Überblick verliert weil man glaubt, man würde Energie sparen können.

grüße
lipi

#22

Ja gut, er zieht 7,5kW. Aber wieso brauch ich mehr als 3000liter, wenn die Kugel nur 3000liter fasst und der Kompressor 1000l die Minute ausgibt.
Ich muss doch nur einen Größeren Druck aufbieten können als die 11 Bar… Und darauf ist die Leistung ja ausgelegt. Sogar 15.

Es geht um ein Kraftwerk im Meer. Wieso sollte der Wasserstand niedriger sein?
Ich versteh nicht was du meinst. Wieso soll ich Wasser in die Schleuse pumpen.
Stahl hat doch eine viel höhere Dichte. Wieso brauch ich mehr als 11 Bar um das Wasser zu verdrängen. Die 11 Bar entsprechen doch dem Schweredruck. Da ist das Gewicht des Wassers doch drin.
Ist doch nur das nötigste an Technik…

#23

Du brauchst 11 mal 3000 Liter - oder aber 3000 Liter bereits mit 11 bar komprimiert.

nope. Das nötigste wäre ein einfaches Rohr mit der Menge an Wasser und einem Gewicht drauf. Und dann wäre es auch einleuchtend, warum es ohne ein kleines bissl zusätzliche Energie nicht geht.
Denn das Gewicht (deine Kugel) ist zu leicht dafür.

grüße
lipi

#24

Jeder Praktiker und auch jeder Ingenieur weiß „Druckluft ist die teuerste Energie im Betrieb.“
Besser, man würde keinen Kompressor benötigen. Die Teile sind immer hoch verlustbehaftet.

Das ist die Ansaugleistung ohne Gegendruck.
Theoretisch würde so ein Kompressor in 33 Minuten genau die 33000 l Luft ansaugen und auf 11 bar bringen, die du benötigst. Tatsächlich liefert er bei 8 bar nur noch 760 l/min, bei 11 bar noch weniger. Das ist ein „Normliter“, also bezogen auf 1 bar, 20°C.

Vielleicht schaust du dir mal ein Diagramm von Kaeser an, aus dem der spezifische Leistungsbedarf von real existierenden Kompressoren hervorgeht.
Bei 11bar musst du mit ca. 0,1 kWh pro m³ rechnen. Du benötigst 33m³ für deine 3m³ bei 11 bar.
Deine Investition: 3,3 kWh.
Mit 3m³ Pressluft kannst du einen Körper mit etwas weniger als 3m³ 100m unter Wasser bringen.
Der darf also zum Beispiel nur 2990kg wiegen.
Die Lageenergie: 2990 kg * 100 m * 9,81 m/s² = 2933190 J. Das sind 0,81 kWh. Abzüglich Verlusten kann deine fallende Kugel also vielleicht 0,7 kWh Energie in Strom umwandeln.
Und dann kommt der Auftrieb. Die Auftriebskraft entspricht der Gewichtskraftdifferenz von Kugel und verdrängtem Wasser: 10 kg * 9,81 m/s² = 98,1 N.
Energie ist Kraft mal Weg: 98,1 N * 100m = 9810 J, also nochmal 0,002725 kWh, nutzbar etwas weniger, vielleicht 0,0025 kWh.

Deine Maschine macht also aus 3,3 kWh Strom Input eine nutzbare Energie von etwas über 0,7 kWh.

Als alter Physik-Leistungskursler habe ich mir angewöhnt, viele Dinge über den Energieerhaltungssatz zu erklären. Und daher war von Anfang an klar, dass deine Maschine keine Energie erzeugen kann.

Übrigens: Das theoretische Maximum an Effizienz bei 11 bar Druck liegt bei 0,067 kWh/m³.
So ein optimaler Kompressor, der hart an der Grenze zu den Gesetzen der Thermodynamik arbeitet, würde dann immer noch 2,2 kWh benötigen, damit deine Maschine 0,7 kWh liefert.

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#25

Es ja darum die Schwerkraft zu nutzen, Masse verliert im Wasser ja an Gewichtskraft.

Ok, der Kompressor ist echt nicht die elegantesten Lösung. Vlt doch besser absaugen?

Bzw. ist das irrelevant wenn ich mich an dem Punkt hier irre.

Die Lage Energie ist die Energie die benötigt wird eine Masse zu heben.

Aber hier geht es ja um die Kinetische Energie die durch das fallen entsteht. Desswegen muss man doch pkin und nicht p Lage betrachten.
Aber ich hab auch nur Physik Grundkurs und MBA damals gehabt.

#26

nein, es fühlt sich nur leichter an. Das ist aber das Wasser, welches verdrängt wird. Verdrängen heißt aber anheben, das kostet Energie und die vergisst du immer noch.

grüße
lipi

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#27

Die einfachsten Grundlagen möchtest du wissen?
P ist Leistung.
E ist Energie.
Epot vor dem Fall wird in Ekin umgewandelt.
Aus einem Joule Lageenergie wird genau ein Joule Bewegungsenergie, wenn es keine Verluste geben würde

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#28

Ich hatte das mal ausgerechnet. Wenn das so ist muss ich nen Fehler gemacht haben. War für mich plausibel das ekin größer ist, da die Beschleunigung zusätzlich ins Gewicht fällt. Nach meiner Rechnung war das daher Effizient.

Zumindest hab ich jetzt mein Denkfehler und kann die Idee vergessen.
Danke euch!

Und x_strom, bitte sei nicht so herablassend. KA wieso ich das verdient haben soll.

:v::grin:

#29

Aha. Weil du keinerlei Ahnung hast, habe ich das Konzept nicht verstanden.
Das ist ein hübsches Beispiel für die „Logik“ der Ahnungslosen.
Offensichtlich bist du komplett lernresistent. Ich bin raus.

#30

Nein, du hattest das Konzept nicht verstanden weil dein Beitrag absolut Inhaltslos war. :poop::man_facepalming::man_shrugging:

#31

Offensichtlich hast du ihn nicht verstanden. Nicht mal ansatzweise.
Macht nichts.

#32

Alter, du dachtest es geht um den Auftrieb.
Aber wenn dir das ein gutes Gefühl gibt.
Dein Beitrag war Weltklasse. Gut dass du dein Genius hier verewigen konntest. Großer Mehrwert :+1:

#33

Hi!

Vergiß einfach mal, daß alle möglichen Dinge nicht 100% effizient ablaufen. Vergiß die Reibung, vergiß, daß du deshalb Kugellager einsetzen willst, und so weiter…

Und irgendwo wurden jetzt auch immer neue Maße angegeben.

Machen wir es einfach. Ein 1m³ großer Würfel mit nem Gewicht von 1000kg, und ein Schacht von 100m Tiefe.

Beim Absenken kannst du die Energie

E=mgh=1000kg * 10m/s² * 100m = 1MJ

gewinnen.

Es ist auch klar, daß der Würfel im Wasser schwebt. Man müßte sein Volumen um 0,000000001m³ vergrößern, dann würde er auftauchen. Vernachlässigen wir das auch mal. Jedenfalls, das Auftauchen bekommst du geschenkt, es kostet keine Energie.

Und jetzt mußt du den Würfel in 100m Tiefe aus dem luftgefüllten Schacht ins Wasser befördern.

Möglichkeit 1

Da ist eine quadratische Luke, der Würfel wird exakt davor positioniert, dann wird die Luke geöffnet, und der Würfel wird hindurch geschoben. Ist er ganz durch geschoben, wird die Luke geschlossen. Hochleistungsdichtungen sorgen dafür, daß die ganze Zeit kein Wasser in den Schacht strömt.
Beim Durchschieben des Würfels wirkt der Wasserdruck entgegen, der will den Würfel wieder rein drücken. 10 Bar auf die 1m² große Fläche, das ist ne Kraft von 1MN („MegaNewton“, anschaulich: 100.000kg). Energie ist Kraft mal Weg, man muß den Würfel 1m weit schieben:

E=1MN*1m=1MJ.

Das ist genau die Energie, die das Absenken in den Schacht zuvor gebracht hat.

Möglichkeit 2

Es gibt da unten eine Schleuse. Die Schleuse ist exakt so groß, daß der Würfel da grade eben rein passt. Also erste Luke auf, Würfel rein, erste Luke zu. Dann zweite Luke zum Wasser hin öffnen. Das Wasser strömt durch die winzigen Spalten um den Würfel, überall in der Schleuse herrscht der gleiche Druck, und der Würfel schwebt mit nem kleinen Stubser raus. Vergiß, welche Energie für den Stubser notwendig ist.

Soo, zweite Klappe zu machen, und jetzt muss der Kubikmeter Wasser da raus.

Möglichkeit 2.1

Das Wasser wird von ner Kolbenpumpe direkt ins Meer gepumpt, und man lässt Luft nach Bedarf rein strömen. Die Kolbenpumpe habe einen Hub von 10cm = 0,1m, der Querschnitt des Kolbens sei grade 10cm²=0,01m², der Hubraum ist also 1l.
Der Druck, gegen den die Pumpe pumpen muß, ist wie gehabt 10 Bar, das sind 10kN auf den Kolben. Der wird 0,1m vorgeschoben, das braucht wie gehabt eine Energie von

E=10kN * 0,1m = 1kJ

Allerdings wird damit grade mal 1l raus gepumpt. Es sind 1000l, daher braucht es

E=1000 * 1kJ= 1MJ.

Und das ist… genau die Energie, die das Absenken gebracht hat.
Du kannst die Pumpe auch anders dimensionieren, aber… das bringt nix.

Möglichkeit 2.2

Wir schmeißen einen Kompressor an, und treiben das Wasser mit Druckluft raus.

Ich würde das gerne jetzt durchrechnen, es ist aber nicht trivial, werde das aber auf jeden Fall noch nachreichen. Ich garantiere dir aber, auch da wird unterm Strich wieder 1MJ stehen.

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#34

Danke dass du das nochmal sauber aufgeschlüsselt hast!

Aaaber einen hab ich noch, für den fun :grin:
Kann man das evtl durch Magnete hinbekommen?
Starke neodymmagnete können 1,2t bewegen. War zumindest der Stärkste den ich mal nach 3Minuten suche gefunden hatte.

Es gibt Folien die das Magnetische Feld bis zu 93% absorbieren. So ein Magnet hat ne Größe von 7cm.
Daher brauch es für eine Höhe von 100m verdammt viele. Sagen wir es brauch 20 von denen um 1Tonne über eine Trennwand hochzuheben. 40, das die Kugel einen Meter wandert und oben ~1000 das die Kugel dahin wandert. Wenn man dann diese Folie auf ein 100m langes Holzstück klebt, und die in einen Zwischenraum schiebt sollte die Haltekraft nicht reichen und die Kugel fallen. Energieaufwand wäre lediglich das versetzten des Brett’s. (und die Produktion der Magnete, aber die halten ja nahezu ewig.)
Wenn das Feld für die Folie ein oder Mehrlagig zu dünn wäre, könnte ein Impuls die Verbindung auch lösen.

Prinzip:

Letzte 4tel vom Clip.

Folie

Was meint ihr?

#35

Der Energieerhaltunssatz gilt immer noch.
Investiere deine Zeit in Sinnvolleres.

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#36

Weißte was, du nervst mich langsam. Troll woanders.

#37

Ich will nicht wissen das es nicht geht, ich will wissen wieso es nicht geht.

#38

Energieerhaltunssatz.

Der ist so fundamental wie die Erkenntnis, dass sich Massen anziehen oder gleiche elektrische Ladungen sich abstoßen.

#39

Das mag ich dir heute Abend noch beantworten:

Magnetische Kraftwirkung auf ferromagnetische Stoffe entsteht vereinfacht gesagt durch das Bestreben des Stoffes, möglichst viele magnetische Feldlinien in sich aufzusaugen, und in sich weiter zu leiten.

Eine Abschirmung für Magnetfelder macht genau das gleiche: Sie nimmt die Feldlinien in sich auf, und leitet sie um den abzuschirmenden Bereich herum, und das heißt, auf die Abschirmung wirken auch magnetische Kräfte.

Das heißt für dich jetzt: Deine Abschirmfolie wird von dem Magneten angezogen, und du brauchst Kraft / Energie, um sie wieder zu entfernen. Die Energie, die du gewinnst, wenn die Abschirmung ins Feld gezogen wird, ist aber geringer, als die Energie, die du reinstecken muß, um sie wieder raus zu ziehen. Das liegt an der Kugel, die die Feldgeometrie selbst auch verändert. Und diese Differenz wird genau die potenzielle Energie der Kugel sein.

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#40

Mir war oben auch schon klar dass der Energieerhaltungssatz mir auf die Füße fällt. Wegen meinem Rechenfehlers dachte ich nur mir sprengt es die Kugel. Aber wenn es Folien gibt, die das Feld beschränken is die Frage wie gut die Folien sind.

Vielen dank sweber :+1::grin: