Mekanik pompalara model olarak kalp – ivobot
BPompalama tipi kalbe benzerse, sıvıları ve gazları tüpler aracılığıyla taşırken çok fazla enerji tasarrufu sağlanabilir. Avusturyalı bilim adamları bunu deneylerde ve bilgisayar simülasyonlarında keşfettiler.
Günümüzün sürekli akışıyla karşılaştırıldığında, yeni pompalama yöntemi düz bir borudaki türbülansı yüzde 27, pompalama için gereken enerjiyi ise yüzde 9 oranında azaltabiliyor. Avusturya’nın Klosterneuburg şehrindeki Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) Björn Hof liderliğindeki bir grup, sonuçlarını “Nature” dergisinde sundu.
Araştırmanın yazarları, mevcut tahminlere göre dünya elektriğinin yaklaşık yüzde onunun sıvı ve gaz pompalamak için kullanıldığını yazıyor. Buna göre mühendisler uzun süredir pompalamayı daha verimli hale getirmenin yollarını arıyorlar. Bunun nedeni, boru hattı duvarlarında sürtünmenin meydana gelmesi ve bunun da sıvı veya gazda türbülansa ve türbülansa yol açmasıdır.
Türbülansın neden olduğu direncin üstesinden gelmek için pompa gücünün arttırılması gerekir. Araştırmanın baş yazarı ISTA’dan Davide Scarselli, enstitüsünden yaptığı açıklamada, “Sensörler ve aktüatörler gibi altyapıda karmaşık yapısal değişiklikler gerektirmeyen bir yaklaşım arıyorduk” dedi.
Geleneksel mekanik pompalar sabit bir sıvı veya gaz akışı üretirken kalp atıyor. Hof, “Bu özel sürüş biçiminin bir avantaja sahip olup olmayacağını merak ediyorduk” diye açıklıyor. Kalbin pompalanmasının özelliği bir dinlenme aşamasının yani diyastolün olmasıdır: Bu aşamada kalp odaları gevşer ve kan kulakçıklardan dışarı akar. Hof, “Sürtünmeyi ve türbülanslı dalgalanmaları azaltmak, kan damarlarımızın en iç katmanını oluşturan strese duyarlı hücrelerin zarar görmesini önlediği için biyolojik bağlamda açıkça faydalıdır” diye ekliyor.
Daha az türbülans: pompalar arasındaki dinlenme süresi
Titreşimli pompalarla yapılan ve neredeyse hiç verimlilik avantajı sağlamayan önceki deneylerin aksine, Hof ve meslektaşları dinlenme aşamasını da hesaba kattı. Araştırmacılar pompalanan suya yansıtıcı parçacıklar eklediler ve şeffaf tüpteki türbülansı görselleştirmek için bir lazer kullanabildiler. Pompalar arasındaki dinlenme süresi türbülansı önemli ölçüde azalttı. Hof’un ekibi farklı uzunluk ve çaplardaki borularla çok sayıda pratik test ve bilgisayar simülasyonu gerçekleştirdi.
Kaynak: Thomas Zauner ISTA
Akış hızının biraz daha yavaş artması ve ardından tekrar azalması halinde türbülansta belirgin bir azalma görülebilmektedir. Bununla birlikte, yüzde 27 daha az türbülans ve yüzde 9 daha düşük enerji tüketimi ile optimum, akış hızının önce hızlı bir şekilde arttığı ve daha sonra biraz daha yavaş azaldığı zaman ortaya çıktı; bu, dinlenme fazının en iyi tipinin ve uzunluğunun kalbin diyastolüne çok benzer olduğu anlamına gelir. Hof, “Vücudumuzun her parçası gibi insan kalbi de milyonlarca yıllık evrimle şekillenmiştir” diye açıklıyor, kalbin mekanik pompalar için bir model olmasının nedeni budur.
Glasgow Üniversitesi’nden Angela Busse şöyle yazıyor: “Sıvı pompalamanın Avrupa Birliği’ndeki toplam enerji tüketiminin neredeyse yüzde 15’ini oluşturduğu tahmin edildiğinde, pompalama gücündeki yüzde dokuzluk bir azalma, enerji verimliliğinin artırılmasına önemli bir katkı sağlayabilir.” yoruma eşlik ediyor. Ancak deneylerin şu ana kadar yalnızca düz borular üzerinde gerçekleştirildiğine dikkat çekiyor; pratikte çok daha karmaşık boru sistemleri mevcut. Bu nedenle bu tür tasarrufların gerçekleştirilebilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.