إن محاكاة الحركة النابضة للقلب البشري يمكن أن تزيد من كفاءة كل شيء، من خطوط أنابيب النفط إلى أنظمة التدفئة المركزية
إن ضخ السوائل، مثل النفط، عبر الأنابيب يستهلك كميات كبيرة من الطاقة Mike Mareen/Shutterstock
يمكن لطريقة ضخ إيقاعية مستوحاة من قلب الإنسان أن تقلل الطاقة المستخدمة لنقل السوائل عبر الأنابيب المنزلية والصناعية.
وتشير التقديرات إلى أن دفع السوائل عبر مثل هذه الأنظمة ــ سواء كان ذلك من خلال نقل النفط والغاز من منصات الحفر إلى المصافي أو تعميم المياه في أنظمة التدفئة المنزلية ــ يستخدم ما بين 10% إلى 15% من إمدادات الكهرباء في العالم.
يؤدي الاضطراب داخل الأنابيب إلى حدوث احتكاك، مما يؤدي إلى تضخم الطاقة اللازمة لضخ السوائل بشكل كبير. وقد تضمنت المحاولات السابقة للحد من الاضطراب طلاءات معقدة داخل الأنابيب، والتي سيكون نشرها على نطاق واسع مكلفًا.
يقول بيورن هوف من معهد العلوم والتكنولوجيا بالنمسا، إن نسخ القلب البشري هو نقطة انطلاق طبيعية لمعالجة هذه المشكلة لأنه يتمتع بميزة ملايين السنين من التطور. اكتشف هو وزملاؤه أن ضخ السوائل عبر أنبوب على شكل نبضات - مثلما يحرك قلب الإنسان الدم - يمكن أن يقلل الاحتكاك في الأنبوب وبالتالي الطاقة المستهلكة أيضًا.
لمعرفة المزيد، قام الباحثون بربط الماء بجزيئات عاكسة وضخوه عبر أنابيب شفافة مع تسليط الليزر عليها، مما يسمح لها بتصور والدوامات في السائل.
لقد جربوا العديد من أنماط النبض الإيقاعي، والتي أدى معظمها في الواقع إلى زيادة الطاقة اللازمة لضخ المياه. ولكن عندما أدخلوا مرحلة راحة قصيرة بين النبضات - مثل تلك التي بين نبضات القلب - وجدوا أن الاضطراب في الماء قد تضاءل. وقد أسفرت أفضل التجارب عن انخفاض بنسبة 25% في الاحتكاك وانخفاض إجمالي بنسبة 9% في الطلب على الطاقة.
وللاستفادة من ذلك في العالم الحقيقي، يجب تعديل المضخات بحيث تنبض، الأمر الذي سيكون له تكلفة، ولكنه سيكون أرخص بكثير من تحديث بطانة الأنابيب الطويلة والموضعة بشكل غير ملائم في كثير من الأحيان، كما يقول هوف. ومع ذلك، كعالم، يقول إنه من الأفضل ترك التطبيقات العملية للمهندسين.
"ما لا أعرفه على الإطلاق هو مدى سعادة مضخة التدفئة المركزية الخاصة بي إذا تم تشغيلها وإيقافها بشكل دائم، إذا جاز التعبير. يقول هوف: "ثم قد لا يستمر الشتاء - ليس لدي أي فكرة".
المصدر