Iron man, Produzione di energia e Alimentazione – Studio di fattibilità (1, Li-po) –

Il problema dell’alimentazione della nostra tuta è molto complesso. Come tutti ben sanno, l’Iron Man cinematografico utilizza un mini reattore ARC, ovvero un reattore, inventato, che trae energia pressoché infinita da un materiale immaginario.

Mini Reattore Arc

Per ovvi motivi non proveremo a riprodurre un ARC (anche se lo aggiungerei lo stesso tra i punti da esaminare :P) ma ci affideremo a qualcosa di più verosimilmente realizzabile. L’idea più semplice è quella di non equipaggiare l’armatura con alcun sistema di produzione di energia. Mi spiego meglio: La nostra necessità è alimentare dei dispositivi elettronici, elettro-meccanici e un sistema propulsivo. Per l’elettronica e i servomotori non abbiamo nessun problema, mentre per la propulsione dobbiamo ipotizzare l’utilizzo esclusivo di motori elettrici (entreremo nel dettaglio in un altro articolo). Sotto queste ipotesi, alimentare il tutto con una batteria ad alta densità di energia non è affatto un’ idea da scartare; non a caso questa è la strada più battuta dai team di ingegneri che negli ultimi anni progettano automobili elettriche. Purtroppo la tecnologia attuale non ci viene molto in aiuto. Proviamo ad ipotizzare l’energia necessaria al solo sistema di volo: Se volessimo soltanto mantenerci in volo (quindi senza accelerare) con una tuta + pilota che pesa 150kg, avremmo bisogno di una spinta costante di 9.8(m/s^2) * 150(kg)= 1470N Per semplificare le cose e convertire facilmente spinta con potenza esaminiamo il caso del volo verticale: se volessimo volare in verticale alla velocità di 1m/s necessiteremmo di 1470W di potenza, e se volessimo volare in verticale alla velocità di 16m/s (circa 60km/h) ci servirebbero (1470N *16m)/1s= 23520W ovvero 23.52 kW. Considerando un rendimento del motore all’ 80% risultano 29.4 kW costanti che le batterie devono erogare. (ricordiamo che è sottostimata, poichè trascuriamo l’ energia, non trascurabile, assorbita dall’ esoscheletro) Con pacchi di batterie Li-Po (una delle batterie con il più alto rapporto energia/peso, fino ad un massimo di 200 Wh/kg[1]) se vogliamo un’ autonomia di mezz’ora sappiamo che ogni kilo di batteria può fornirci 400W di potenza in output (sono discorsi da “pausa di caffè”, stiamo trascurando decine di variabili come il fatto che la batteria non può esaurirsi completamente e che essa ha una caratteristica “curva di scarica” e non eroga la stessa corrente per tutto l’arco temporale; ma anche che l’ipotesi di volare in verticale per mezz’ora continua è inverosimile xD). Quindi, a conti (grossolani) fatti, dei nostri 150 kg iniziali ben……. 29400(W)/400(W/Kg)=73,5kg sarebbero di sole batterie!!!! Capirete che il discorso non regge, con questo tipo di tecnologia dovremmo accontentarci di 10 minuti di volo (peso delle batterie 24,5kg, corrente di scarica forse accettabile) almeno finchè non evolve sensibilmente. Per nostra fortuna il settore sembra essere in pieno sviluppo, principalmente grazie all’impulso del settore automobilistico. Qui leggo di prototipi li-po con densità massica di energia di 400Wh/Kg, e sicuramente nel prossimo futuro si riuscirà a migliorare ancora. Appena queste batterie raggiungeranno densità dell’ordine di 1KWh/Kg si può cominciare a pensare ad una soluzione del genere  per il nostro Iron Man. Per adesso mi fermo qui, nel prossimo post della serie (già in elaborazione) esamineremo la tecnologia delle “fuel cells” o “pile a combustibile”. Ce ne sono di diversi tipi; mi impegno a trattarne almeno un paio diversi, per avere una panoramica abbastanza ampia dello “stato dell’arte” di questi dispositivi. [1] http://it.wikipedia.org/wiki/Accumulatore_litio-polimero

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23 risposte a “Iron man, Produzione di energia e Alimentazione – Studio di fattibilità (1, Li-po) –

  1. ciao,io non sono un esperto di ingegneria però è da quando hai aperto il blog che ti seguo,senza commentare io mi limito a “osservarti” e,nel caso non prendessi in considerazione certe “ipotesi” ti avrei avvisato.Ora mi è appena venuta un idea (anche se credo che sia una merda ma è meglio non escludere niente).Non si potrebbe usare un semplicissimo motore di una macchina?magari se lo “miniaturizzassimo” e se ne piazziamo due sotto i “piedi robotici” dell’armatura e due nei “palmi robotici” dell’armatura si potrebbe ottenere qualcosa.Oppure si potrebbe saldare il motore nella “schiena robotica” e collegare il motore a una turbina poste dove citato prima.è solo un idea però fammi sapere che ne pensi (come ho detto non sono un esperto quindi non so se quello che ho detto è una cazzata o no xD).

    • visto che è una risposta molto lunga, la scrivo in un post, così potrà essere più leggibile :)

      • salve dottorproto non sono un genio ma come ho letto prima diceva un pezzo della scritte che il materiale era inesistente bhe mi sono informato e il palladio esiste e costa circa 500 dollari a once poi scusate la mia ignoranza

  2. Non è da scartare l’idea delle pile se rivestiremmo il nostro iron man con dei pannelli solari che ricaricano le pile! No?!

    • l’idea non è da scartare a-priori. Si tratta di accontentarsi rispetto all’ Iron Man del cinema, ma quella delle batterie resta una soluzione più che valida. Con lo stesso peso in carburante (24.5 kg) un motore a razzo medio ci da la stessa spinta per meno di un minuto.
      Ovviamente con una tuta rivestita di film fotovoltaico la cosa ha ancora più senso.
      Il tuo pensiero è correttissimo, infatti probabilmente riprenderemo il discorso delle lipo per l’alimentazione dell’esoscheletro.

  3. Salve Signori.
    teorie molto interessanti,ne avrei anch’io una…!!!
    mettiamo il caso che il mini reattore ARC il cuore dell’armatura si possa ricreare..!! solo che i problemi sono 2 inizialmente, un equipe e un sacco di soldi.
    CORDIALI SALUTI.

  4. ciao DottorProto stavo rileggendo questo articolo e stavo pensando al calcolo che hai fatto per capire che potenza ci serva per volare in volo verticale a 60 km/h… quei 24Kw cosa dovrebbero alimentare?delle eliche????delle turbine???e poi volevo sapere qual’è la formula per calcolare invece la potenza che ci serve per il volo orizzontale…grazie mille a presto

    • I 24Kw sono la potenza in output del motore, non importa di che tipo sia, razzo, elica o turbogetto o altro.
      Per calcolare la potenza necessaria al volo orizzontale bisogna fare delle considerazioni, perché dipende essenzialmente dal modo in cui decidi di volare. Devi sempre vincere una resistenza comunque, che sia quella della forza di gravità o quella aerodinamica, che compiono un lavoro negativo su di te. In campo aeronautico, dove la portanza è generata dalle ali, la resistenza da vincere è essenzialmente quella aerodinamica generata dalle ali e dalla fusoliera. Ci sono delle formule apposite per questo caso tipo (la prima formula che leggi qui http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_equation ) .
      Discorso diverso se non vengono utilizzate ali: la resistenza aerodinamica c’è sempre e va bilanciata, ma in più bisogna considerare la spinta necessaria a mantenersi in volo.
      Calcolare la potenza in questo caso è difficile, anzi teoricamente impossibile, poiché abbiamo una forza senza movimento e quindi niente lavoro=niente potenza. Quello che si fa è calcolare la spinta necessaria a vincere le varie forze resistenti, e misurare sperimentalmente (nel caso di motori elettrici) la potenza necessaria al motore per generare tale spinta.

      Comunque parleremo ancora della propulsione e affronteremo queste questioni più nel dettaglio.

  5. Mentre se mettessimo dei pannelli solari, tanto voteremo molto alto e si assorbe piú energia…

  6. E se miniaturizzassimo quattro propulsori degli aerei,avremmo molta potenza l’unico problema sarebbe l’alimentazione

  7. Pingback: Cosa ci manca per essere degli “Avengers”? | Versus

  8. Premetto che sono ignorante, ma l’idea di porre delle turbine di piccole dimensioni sparse in vari e vari punti dell’armatura, alimentate da pannelli solari posizionati in altri punti è buona ?

  9. Avrei un idea… qualcuno ha intenzione di creare un gruppo whatsapp? Io posso vi darei il mio numero

  10. Altra idea… e sè pensassimo di rendere la spinta ionica prolungata anziché sostituirla?

  11. ESISTE L ARMATURA?

  12. e bravo tony, capito come funziona la pila ark..notevole sviluppo del ..volta

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