Taran hydrauliczny – perpetuum mobile, czy zwykła podpucha

Co wspólnego ma pierwszy lot balonem, wieże ciśnień, mała wieś Krajany leżąca koło Olsztyna oraz perpetuum mobile? Wydawać by się mogło niewiele, a jednak istnieje urządzenie, które łączy wszystkie wymienione powyżej rzeczowniki. Dzisiaj pomówimy sobie o taranie hydraulicznym (ang. Ram Pump, nie mylić z ram pam pam). Urządzeniu, które raz uruchomione może działać bez ingerencji, aż się nie przerdzewieje, pomimo niewielkiej przydatności jest punktem turystycznym oraz popularnym urządzeniem DIY.

Taran hydrauliczny – perpetuum mobile, czy zwykła podpucha

Joseph-Michel Montgolfier. Franzu, wynalazca, człowiek. Znany przede wszystkim z tego, że razem z bratem Jacquesem-Étiennem odbył pierwszy lot balonem na ciepłe powietrze w 1783 roku i wymyślili proces produkcji przezroczystego papieru z cebuli. Jednak Joseph zasłynął z jeszcze jednego wynalazku... tarana hydraulicznego. Niepozornego urządzenia, które wydaje się być perpetuum mobile. Jeżeli bowiem taki taran umieścimy w korycie rzeki, albo strumienia zacznie on pompować wodę na wysokość kilku, a nawet kilkunastu metrów. Bez benzyny, bez prądu, bez żadnego zasilania. Zanim jednak odpowiemy sobie na pytanie jak to możliwe zastanówmy się jak taki taran działa. W tym celu spójrzmy na rysunek zamieszczony w Kurierze Galicyjskim.

 

Rysunek tarana hydraulicznego z oznaczonymi zaworami
(źródło: Kurier Galicyjski)

Taran hydrauliczny składa się w zasadnie z kilku rurek i zaworów. Taran wodny może być zasilany z oddzielnego zbiornika umieszczonego na pewnej wysokości lub po prostu bezpośrednio przez wodę płynącą strumieniem. Woda dostaje się do tarana co powoduje wzrost ciśnienia w środku niego, ponieważ zawór B i C (tak to też jest zawór zwrotny) są zamknięte. Następnie zawór C otwiera się co powoduje przepływ wody i w efekcie ciśnienie w taranie maleje. Zawór C zamyka się, a w taranie dochodzi do zjawiska uderzenia hydraulicznego (nagłego wzrostu ciśnienia w skutek zatrzymania się płynącej cieczy). W skutek tego otwiera się zwór B i D. Pierwszy jest konieczny do działania tarana, a drugi zapobiega wracaniu się wody z zbiornika roboczego, albo węża z powrotem do tarana.

Zasada działania może być trudna do zrozumienia, a na pewno do opisania. Jednak tarany hydrauliczne działają i można je zrobić samemu w domu. Wystarczy wypad do sklepu budowlanego i trochę czasu. W szczególności polecam filmiki na YouTubiezrób to sam (DIY) i zachęcam do obejrzenia kilku filmików przed przejściem do dalszej części. Kilka przykładów (1) oraz (2).

Gdzie można zastosować taran? Wszędzie tam gdzie mamy darmową wodę, która płynie (rzeka, strumień) lub jakiś zbiornik, z którego możemy odprowadzić przewód zasilający taran (jezioro). Przykładem, który podawany jest wszędzie, ale to wszędzie jest taran hydrauliczny działający we wsi Krajny znajdującej się niedaleko Olsztyna. Taran hydrauliczny wykorzystywany jest tutaj do uzupełniania wody w wierzy ciśnień. Właściwie tylko w takiej roli może być wykorzystany taran - do uzupełniania zbiorników z wodą. Czy to będzie zbiornik w naszym domku na wsi, poidło dla zwierząt, zbiornik do podlewania ogródka czy inne podobne. Stosunkowo wąska możliwość jego wykorzystania oraz koniczność posiadania źródła wody znacząco ogranicza wykorzystanie taranów. Jeżeli jednak wasza działka letniskowa leży przy rzece, albo jeziorze to nie ma na co czekać. Jedziemy na zakupy, odpalamy filmik DIY i montujemy nasz własny taran (jeżeli ktoś się tego podejmie proszę o zdjęcia, a jeszcze lepiej filmiki).

Co jednak z tym perpetuum mobile? W końcu najstarsze urządzenie tego typu pracuje prawie 200 lat bez przerwy (z wyjątkiem przestojów związanych z konserwacją). Powiedzmy sobie najpierw dlaczego woda płynie. Woda jak wszystko na świecie dąży do zmniejszenia swojej energii. Dlatego zawsze gdy to możliwe płynie w obszary znajdujące się niżej tak aby zmniejszyć swoją energię potencjalną. Zamienia ją w energie kinetyczną (prędkość), a część wytraca w skutek tarcie (polecam wpis o równaniu Bernoullego). Teraz przyjrzymy się taranowi i temu ile wody wypływa przez zawór C, a ile wody płynie przez wąż do naszego zbiornika. Okazuje się bowiem, że większość wody wypływa przez zawór C, a jedynie troszeczkę jest pompowana do zbiornika. I tu leży wytłumaczenie całego problemu perpetuum mobile. Taran wodny zamienia bowiem energię kinetyczną wody w energię potencjalną. Tak więc jego sprawność silnie zależy od tego jak szybko płynie woda zasilająca taran i to ona jest siłą zasilającą taran. Ponieważ ilość pompowanego płynu jest niewielka zastosowanie tarana jest bardzo ograniczona, ale o tym już pisałem.

Podobało się? Zbudujesz własny taran, a może uważasz, że ze mnie zwykły baran (przepraszam, musiałem napisać gdzieś ten wybitny rym, męczył mnie od pierwszego słowa taran)? Daj znać w komentarzu na Facebooku.  

Ciekawe linki i artykuły:
1. Możliwości wykorzystania tarana - artykuł
2. Krajny