L'illusione dei generatori di energia libera: perché il sistema "elettrico-a-elettrico" non può generare energia aggiuntiva

Negli ultimi anni, il concetto di generatori di energia libera è stato molto popolare. È noto anche come «energia libera», «macchina a moto perpetuo» o «generatore super efficiente». Molti venditori lo promuovono come in grado di «generare elettricità utilizzando elettricità», ovvero impiegando un motore elettrico per azionare un generatore a magneti permanenti, solitamente dotato di un meccanismo a ingranaggi posto nel mezzo.

Tuttavia, esistono davvero dei generatori di energia libera? Secondo le leggi fondamentali della fisica, la cosiddetta macchina a moto perpetuo non può assolutamente produrre un guadagno netto di energia. Questo articolo spiega in modo sistematico i principi sottostanti a beneficio di tutti, aiutandovi a comprendere perché tali prodotti sono scientificamente impossibili.

Legge di conservazione dell'energia

È uno dei principi più fondamentali e universali della fisica: in un sistema isolato, l'energia non può essere né creata né distrutta; può soltanto essere trasformata da una forma all'altra.

Ciò significa che:

Ogni processo di conversione dell'energia comporta una perdita di energia. L'energia totale in uscita dal sistema non può mai superare l'energia totale in ingresso. In una situazione ideale, l'energia in uscita può essere pari a quella in ingresso (ovvero l'efficienza di conversione è del 100%). Tuttavia, nella realtà, a causa delle perdite energetiche, l'efficienza di conversione è generalmente inferiore al 100%, pertanto l'energia in uscita è sempre minore di quella in ingresso.

Perdite energetiche nei componenti di un generatore di energia libera

1. Motore Elettrico

L'efficienza nella conversione dell'energia elettrica in energia meccanica è generalmente compresa tra il 70% e il 95%. Le perdite generate includono tipicamente: riscaldamento per effetto Joule, perdite nel nucleo magnetico, attrito meccanico, resistenza aerodinamica, ecc. Pertanto, anche il motore più efficiente non può raggiungere un'efficienza di conversione del 100%.

2. Trasmissione mediante ingranaggi

Nella trasmissione a ingranaggi, l'attrito meccanico è inevitabile. Pertanto, l'efficienza di una trasmissione a ingranaggi monostadio è generalmente compresa tra il 90% e il 98%. L'efficienza dei sistemi di trasmissione a ingranaggi multistadio è ancora inferiore e le perdite si accumulano.

3. Generatore a magneti permanenti

L'efficienza della conversione dell'energia meccanica in energia elettrica in generatori a magneti permanenti varia tipicamente dall'80% al 95%. Le sue perdite comprendono generalmente: perdita per isteresi, perdita per correnti parassite, perdita ohmica, perdita per attrito meccanico, ecc.

4. Circuito e sistema di controllo

Tutti i dispositivi elettronici di potenza presentano un proprio consumo di potenza. Anche i cavi presentano perdite resistive.

Trasmissione tramite cambio: relazione triangolare «Velocità – Coppia – Potenza»

Questo è un principio fisico fondamentale che dimostra l'impossibilità del «generatore di energia libera»:

1. Principio di conservazione dell'energia

- Ignorando i brevi processi transitori, in una trasmissione in regime stazionario, la potenza meccanica all’ingresso del cambio ≈ la potenza meccanica all’uscita (dopo aver sottratto le perdite per attrito).

- Potenza meccanica (P) = Coppia (T) × Velocità (ω)

- Gli ingranaggi possono modificare il rapporto tra coppia e velocità, ma non possono aumentare la potenza totale.

2. Il costo dell’aumento di velocità del cambio

Quando il cambio aumenta la velocità di un fattore N (trasmissione con aumento di velocità), la coppia all’uscita diminuisce a circa 1/N della coppia in ingresso. Viceversa, per un motore elettrico, al fine di azionare questo cambio acceleratore, il motore deve fornire una coppia N volte maggiore per vincere la coppia contraria generata dal generatore acceleratore.

- La coppia del motore elettrico è proporzionale alla corrente: T_motore = K×I (dove K è la costante del motore).

- Cioè, l'aumento della velocità di rotazione degli ingranaggi costringe la corrente del motore elettrico a incrementarsi in misura significativa, determinando un aumento quadratico delle perdite ohmiche (I²R) nel motore e, di conseguenza, una riduzione notevole dell'efficienza.

3. Analisi della simulazione del flusso energetico

Si supponga un sistema ideale che, per il momento, trascuri tutte le perdite:

Il generatore richiede 1000 giri al minuto e una coppia di 10 newton-metri per produrre energia elettrica. La potenza richiesta viene quindi calcolata come: P = T × ω = 10 newton-metri × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 watt

Se viene utilizzato un riduttore con rapporto di trasmissione 1:10 (il generatore compie 10 giri mentre il motore ne compie 1)

Allora la velocità richiesta per il motore è: 100 giri al minuto (RPM), la coppia richiesta per il motore è: 100 newton-metri (N·m) (10 volte la coppia del generatore!)

Di conseguenza, un comune piccolo motore con una coppia inferiore a 100 newton-metri sarà gravemente sovraccaricato e il suo rendimento potrebbe scendere dal 90% a meno del 50%.

Calcolo dell'efficienza complessiva dei generatori di energia libera

Supponendo l'utilizzo dei componenti più efficienti disponibili sul mercato, i rendimenti di conversione sono i seguenti:

- Motore elettrico ad alta efficienza: 95%

- Trasmissione a ingranaggi ad alta efficienza: 98%

- Ad alta efficienza generatore : 95%

Rendimento totale = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5%

Ciò significa che, per ogni 100 unità di energia elettrica in ingresso, è possibile ottenere al massimo solo 88,5 unità di energia elettrica in uscita, con una perdita netta di 11,5 unità. Nei prodotti reali, l'efficienza di ciascun componente è solitamente inferiore e il rendimento totale può scendere fino al 60-70%. Ciò implica che, per ogni 100 unità di energia in ingresso, si ottengono in uscita soltanto 60-70 unità, facendo sì che il cosiddetto "sistema generatore di energia libera" consumi costantemente energia anziché generarla.

Affermazioni fuorvianti comuni

1. Le calamite permanenti possono fornire "energia libera"

In effetti, il campo magnetico dei magneti permanenti non compie lavoro durante il processo di generazione di energia. Esso funge semplicemente da mezzo per la conversione dell'energia. L'energia magnetica non si rigenera autonomamente. I generatori incontrano una resistenza magnetica durante la rotazione e richiedono un apporto continuo di energia per superare tale resistenza.

2. Gli ingranaggi possono aumentare l'energia

Gli ingranaggi possono effettivamente modificare la coppia e la velocità di rotazione, ma non possono aumentare l'energia totale. Come indicato nella terza sezione, un aumento della velocità di rotazione degli ingranaggi avviene a spese di un raddoppio del requisito di coppia, il che in realtà riduce l'efficienza del sistema.

3. Una volta attivato, il sistema di generazione di energia a "energia libera" può funzionare in modo indipendente.

In effetti, qualsiasi perdita farà sì che il sistema rallenti progressivamente fino a fermarsi definitivamente. In queste dimostrazioni presentate da tali aziende potrebbero essere impiegati altri apporti energetici esterni, ma questi non compaiono nelle riprese e vengono tenuti nascosti ai clienti.

4. Manipolazione dei valori di misurazione in ingresso e in uscita

Durante il processo di misurazione, questi operatori commerciali potrebbero inoltre utilizzare strumenti di misura di diversa accuratezza o sistemi di misurazione incompleti (ad esempio, tralasciando il consumo energetico del sistema di controllo) per ingannare i clienti.

Conclusione

La macchina a moto perpetuo ignora il flusso e le perdite di energia e viola quindi la legge di conservazione dell’energia. Tali prodotti generalmente non sono accompagnati da rapporti di prova e gli operatori commerciali ignorano spesso anche i dettagli tecnici dei prodotti stessi.

Alcuni operatori commerciali affermano persino di possedere brevetti sui prodotti per garantire ai clienti l’efficienza degli stessi. In realtà, tuttavia, un brevetto garantisce esclusivamente la novità del prodotto, non la sua validità scientifica.

Pertanto, non credete alle trovate della macchina a moto perpetuo. Quando vi imbattete in tali prodotti, potete chiedere al venditore di fornire un rapporto completo di rilevamento energetico relativo al funzionamento prolungato del prodotto in un sistema chiuso. Se non è in grado di fornirlo o risponde in modo evasivo, ciò è già sufficiente a indicare il problema.

Come migliorare l’efficienza di conversione energetica?

Sebbene i generatori di energia libera siano impossibili da realizzare, esistono comunque alcuni metodi fattibili per migliorare l’efficienza di conversione energetica. Innanzitutto, è consigliabile utilizzare componenti con la massima efficienza di conversione. Inoltre, è possibile ridurre i passaggi di conversione superflui per minimizzare le perdite energetiche durante il processo di conversione.