1. 사이펀(siphon) 원리
사이펀 원리는 높은곳에서 낮은곳으로 흐르는 원리와 동일합니다.
관이 위로 꺽여있다는 차이가 있지요.
공식적인 설명은 유체역학으로 가능합니다.
우선 정상1차원 에너지 방정식을 보면 1번 공식과 같습니다. 하나씩 살펴보면
q:공급되는 열량, w:축일, u:내부에너지, P:압력, ρ:밀도, V:속도(관로유동을 뜻합니다.), g:중력, z:지면 혹은 최하면으로 부터의 높이 (z1=h-h1, z2=h-h2)가 되겠네요.
여기서 외부의 영향은 없으므로 q,w,u는 모두 0이므로 비점성 비압축성 1차원 유동식인 베르누이 방정식(2번공식)과 동일해 집니다.
여기에 몇가지 항이 추가가 되는데 관로손실(주손실과 부차손실), 마찰 등은 효율을 떨어트리는 손실에 속하기 때문에 일단 무시 하도록 하겠습니다.
본론으로 돌아와서... 양쪽 수조에는 대기압이 작용하므로 압력차는 0으로 두고, 가장 낮은 위치인 h2=h로 둔다면 식은 3번공식 처럼 간단해집니다.
즉, 왼쪽수조 A의 수면이 높다면 오른쪽으로의 속도는 양이므로 어떻게든 A에서 B로 물이 흐른다는 뜻입니다. 여기서 속도V는 동압(속도수두)에서 계산될 수 있습니다.
2. 일반 상태에서 수력차 발전 손실
위의 계산에서는 부가적인 손실이 포함되지 않았습니다. 실제 설계시 여러 가지 손실들을 계산하게 되어있는데 지금의 경우 몇가지 손실을 생각해 볼 수 있습니다.
1) 관마찰
관의 거칠기와 유체의 점성이 들어간다면 관마찰에 의한 주손실이 발생합니다. 속도가 빠를수록, 밀도가 클수록, 직경이 작을수록 손실이 크게 발생합니다.
2) 부차손실
관의 유입구, 출구, 곡관 등의 요소마다 부차손실이라는게 발생하는데 속도가 빠를수록 크게 나타납니다. 여기에서는 속도가 작으므로 별로 신경안써도 될듯하네요. 하지만 중간에 터빈등을 설치하게되면 부차손실이 크게 발생합니다.
3) 비정상상태
관 내부의 유동이 일정하게 유지되는 것을 정상상태라고 부르는데 위의 계산은 정상상태로 가정하고 계산한것입니다. 실제 환경에서는 진동, 불순물등 많은 영향이 있는데요.
관 중간에 기포가 발생하거나 진동에의한 동압이 일정하게 되지 않을 경우 흐름이 끊어질 가능성이 있습니다. (관리만 해주면 신경안써도될껍니다.)
3. 가능성 있는 방법들
이론적 불가능, 손실.. 이런 단점들만 제시한것같은데 실제로는 꼭 그런것만은 아닙니다.
1) 이론적 문제점
모든 이론에는 수많은 가정을 바탕에 두고있습니다. 정상상태일때만 가능하고 에너지법칙에 위배되지 않아야 하죠. 여기에서 에너지는 흔히 알고있는 위치에너지, 동적에너지, 엔탈피, 엔트로피 등등 으로 여러 가지 있지만 확인되지 않은 에너지에 대한 언급은 없죠. 미지의 에너지, 자유에너지, 기 등으로 표현되는데 미확인된 에너지가 첨가된다면 이런 이론들은 쓸모없는 것이 되어버립니다. (개인적으로 이론적인 문제점은 별로 제시하고 싶지 않은게 다른 에너지들은 증명되지 않은 불확실 에너지라서 이 부분의 가능성은 제외하고 싶네요.)
2) 모세관
모세관은 자체적으로 상승 높이를 가지고 있습니다.
일반적인 공식은 4번공식과 같습니다.
여기서 R은 원관의 반지름이고 세타값은 관내부의 접촉각을 나타냅니다.
이 상승높이는 처음 식에서 z1을 상승 시킬수 있습니다. A쪽의 수조에 연결된 관에만 모세관을 연결하는거죠. 수위를 높여 위치 에너지를 상승시키는 역할을 할껍니다.
하지만 여기에는 관 차이에따른 유량 변화와 직경감소로 인한 손실 증가의 문제점이 발생하는데 어디가 더 큰지는 증명해봐야할 듯 하네요.
3) 출구관 직경변화
2번 식중에 속도와 관련이 있습니다. 양 수조에 연결된 관의 직경을 조절하여 출구쪽의 직경을 키워서 출구쪽의 속도를 떨어트리면 이론상 요구되는 z1의 값은 줄어듭니다. 즉, 높이 차이가 낮아도 높은 힘이 나온다는거죠. 혹은 출구쪽의 질량을 키워서 중력을 많이 받게 한다면 가능성이 보이긴 합니다. 문제는 균일한 속도를 유지하는거겠네요.
4) 모세관+스펀지
모세관은 끌어올릴수는 있지만 출구로 빼내지는 못합니다. 여기에 흡수력이 있는 스펀지류를 사용하여 끌어올린 물을 잡아두면 위치에너지가 상승하는거죠. 여기에 스펀지는 반복 사용이 가능해야하고 작은 힘으로도 물을 다시 빼낼수 있어야합니다.
예전에 어떤 가루를 봤는데 수분 흡수력이 상당 하더군요. 압력을 주면 물이 다시 빠져나와서 재 사용이 가능했는데 이름은 생각이 안나지만 이런걸 사용하면 에너지를 만들기까지는 힘들어도 적은 힘으로도 좋을 효율을 보일수 있지 않을까합니다.
4. 결론
딱히 무한에너지 개발을 비판하고 막고자 하는 것은 아닙니다. 저도 이곳의 회원으로써 여러분들의 의견을 존중하고 제 의견을 표현해보고자 글을 써보는겁니다. 공학도로써 한번 눈에 들면 헤어져 나오기 힘들거든요. 제가 여기서 말하고싶은건 무한 에너지만이 해답은 아니라는겁니다. 요즘은 에너지 절약이 상당히 인기를 끌고있는데 브레이크나 엘리베이터등에 에너지 재생장치를 달아서 에너지 효율을 상승시켜 큰 돈을 버는 경우도 많이 있습니다. 제 주변에서도 에너지 절약장치로 특허를 내는경우도 많이 봤습니다. (저도 관련된 특허 2개를 출원중이구요) 에너지쪽으로 연구하시는 분들도 무한동력을 개발하다가 에너지가 계속 생성되지 않는다고 포기하지 마시고 효율이 조금이라도 상승되는쪽으로라도 연구 해보셨으면 좋겠네요.
PS. 공대생으로써 유체역학적인 부분은 조금 아는부분이라서 떠들어 봤습니다만.. 전공은 아니고 학부때 한거라 증명까지는 조금 시간이 걸려서 그만뒀습니다..ㅎㅎ