El concepto de un motor de vórtice o motor de vórtice atmosférico ( AVE ), propuesto de forma independiente por Norman Louat [1] y Louis M. Michaud, [2] tiene como objetivo reemplazar las grandes chimeneas físicas con un vórtice de aire creado por una más corta, menos costosa estructura. El AVE induce vorticidad a nivel del suelo, lo que resulta en un vórtice similar a una tromba terrestre o tromba marina de origen natural .
La patente de Michaud afirma que la aplicación principal es que el flujo de aire a través de las rejillas de la base impulsará turbinas de aire de baja velocidad, generando un veinte por ciento de energía eléctrica adicional a partir del calor que normalmente desperdician las centrales eléctricas convencionales. Es decir, la aplicación principal propuesta del motor de vórtice es como un " ciclo de fondo " para grandes centrales eléctricas que necesitan torres de enfriamiento.
La aplicación propuesta por Louat en sus reivindicaciones de patente es proporcionar una alternativa menos costosa a una torre física de corriente ascendente solar . En esta aplicación, el calor lo aporta una gran superficie de suelo calentada por el sol y cubierta por una superficie transparente que atrapa el aire caliente, a modo de invernadero . Un vórtice se crea al desviar las paletas colocadas en un ángulo con respecto a la tangente del radio exterior del colector solar . Louat estimó que el diámetro mínimo del colector solar debería ser de más de 44 metros para recolectar "energía útil". Una propuesta similar es eliminar la tapa transparente. [3] Este esquema impulsaría el vórtice de la chimenea con agua de mar tibia o aire tibio de la capa superficial ambiental de la tierra. En esta aplicación, la aplicación se parece mucho a un remolino de polvo con una turbina de aire en el centro.
Desde 2000, los investigadores croatas Ninic y Nizetic (de la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Mecánica y Arquitectura Naval de la Universidad de Split ) también han desarrollado esta tecnología. [4] y patentes. [5] [6]
El equipo de investigación solar de la Universiti Teknologi PETRONAS (UTP), Malasia, dirigido por el profesor Hussain H. Al-Kayiem, desarrolló el primer prototipo experimental de una tecnología de generación de energía de vórtice solar (SVPG) que utiliza energía solar como fuente de calor. [7] El prototipo básico se sometió luego a una serie de desarrollos y mejoras de rendimiento mediante la integración con almacenamiento de energía térmica sensible (TES) y la modificación en el diseño del generador de vórtice. El equipo llevó a cabo y publicó una evaluación experimental, análisis teórico y simulaciones computacionales del SVPG y compiló los hallazgos en un libro que resume los fundamentos de esta tecnología. [8]
Teoría de operación
(aplicable principalmente a la patente Michaud)
En funcionamiento, el vórtice expulsa de forma centrípeta aire externo más pesado y frío (37) y, por lo tanto, forma una gran chimenea de aire caliente a baja presión (35). Utiliza aproximadamente el veinte por ciento del calor residual de una planta de energía para impulsar el movimiento del aire. Dependiendo del clima, una estación grande puede crear una chimenea virtual de 200 ma 15 km de altura, ventilando eficientemente el calor residual de la planta de energía hacia la atmósfera superior más fría con una estructura mínima.
El vórtice se inicia encendiendo brevemente un calentador difuso (83) y accionando eléctricamente las turbinas (21) como ventiladores. Esto mueve aire ligeramente calentado hacia la arena del vórtice (2). El aire debe tener solo una leve diferencia de temperatura porque las grandes diferencias de temperatura aumentan la mezcla con el aire ambiente frío y reducen la eficiencia. El calor puede provenir de gases de combustión, gases de escape de turbinas o pequeños calentadores de gas natural.
El aire de la arena se eleva (35). Esto atrae más aire (33, 34) a través de las rejillas direccionales (3, 5), que provocan la formación de un vórtice (35). En las primeras etapas, el flujo de aire externo (31) se restringe lo menos posible abriendo las rejillas externas (25). La mayor parte de la energía térmica se utiliza al principio para iniciar el vórtice.
En la siguiente etapa de puesta en marcha, el calentador (83) puede apagarse y las turbinas (21) se desvían por rejillas (25). En este momento, el calor a baja temperatura de una central eléctrica externa impulsa la corriente ascendente y el vórtice a través de una torre de enfriamiento transversal convencional (61).
A medida que el aire sale de las rejillas (3, 5) más rápidamente, el vórtice aumenta en velocidad. El impulso del aire provoca fuerzas centrífugas en el aire en el vórtice, que reducen la presión en el vórtice, estrechándolo aún más. El estrechamiento aumenta aún más la velocidad del vórtice, ya que la conservación del impulso hace que gire más rápido. La velocidad de giro está determinada por la velocidad del aire que sale de las rejillas (33, 34) y el ancho de la arena (2). Una arena más amplia y una velocidad de rejilla más rápida provocan un vórtice más rápido y apretado.
El aire calentado (33, 34) de la torre de enfriamiento transversal (61) ingresa a la arena del vórtice de concreto (2) a través de dos anillos de rejillas de dirección (3, 5, altura exagerada para mayor claridad) y se eleva (35). El anillo superior de rejillas (5) sella el extremo de baja presión del vórtice con una cortina de aire gruesa y de velocidad relativamente alta (34). Esto aumenta sustancialmente la diferencia de presión entre la base del vórtice (33) y el aire exterior (31). A su vez, esto aumenta la eficiencia de las turbinas de potencia (21).
El anillo inferior de lamas (3) transporta grandes masas de aire (33) casi directamente al extremo de baja presión del vórtice. El anillo inferior de lamas (3) es crucial para obtener altos flujos de masa, porque el aire de ellos (33) gira más lentamente y, por lo tanto, tiene fuerzas centrípetas más bajas y una presión más alta en el vórtice.
Turbinas accionadas por aire (21) en constricciones en la entrada de la torre de enfriamiento (61) accionan motores-generadores eléctricos. Los generadores comienzan a funcionar solo en las últimas etapas de la puesta en marcha, ya que se forma un fuerte diferencial de presión entre la base de la arena del vórtice (33) y el aire exterior (31). En este momento, las rejillas de derivación (25) están cerradas.
La pared (1) y la protuberancia (85) retienen la base del vórtice (35) en los vientos ambientales protegiendo el movimiento de aire de baja velocidad (33) en la base de la arena y suavizando el flujo de aire turbulento. La altura de la pared (1) debe ser de cinco a treinta veces la altura de las lamas (3, 5) para retener el vórtice en condiciones normales de viento.
Para gestionar la seguridad y el desgaste de la arena (2), la velocidad máxima planificada de la base del vórtice (33) está cerca de 3 m / s (10 pies / s). El vórtice resultante debería parecerse a un gran y lento diablo de polvo de niebla de agua más que a un tornado violento. En áreas deshabitadas, se podrían permitir velocidades más rápidas para que el vórtice pueda sobrevivir en vientos ambientales más rápidos.
La mayoría de los elementos numerados sin nombre son un sistema de persianas internas y bombas de agua para controlar la velocidad del aire y el calentamiento cuando el motor arranca.
Crítica e historia
En los primeros estudios, no estaba absolutamente claro que esto pudiera ser viable debido a la interrupción del vórtice por viento cruzado. [9] [10] Esto motivó estudios posteriores con validación empírica en túnel de viento del modelo CFD, que concluyen, "Las simulaciones a escala completa sometidas a viento cruzado muestran que la capacidad de generación de energía no se ve afectada por los vientos cruzados". [11]
Michaud ha construido un prototipo en Utah con su colega Tom Fletcher. [12]
Además, de acuerdo con la solicitud de patente de Michaud, el diseño fue inicialmente prototipo con un "remolino de fuego" de 50 cm impulsado por gasolina.
El laboratorio de túnel de viento de la Universidad de Western Ontario, a través de una inversión inicial del Centro de Energía de OCE, está estudiando la dinámica de una versión de un metro del motor de vórtice de Michaud. [13]
Breakout Labs, fundador de PayPal, Peter Thiel, patrocinó una prueba AVE con una subvención (2012) de $ 300,000. [14] Los resultados preliminares (2015) para los que se informaron en The Atlantic. [15]
Desambiguación
El término «motor Vortex» también se refiere a un nuevo tipo de motor de combustión interna. [dieciséis]
Ver también
Referencias
- ^ La solicitud de patente internacional de Louat es PCT / AU99 / 00037. Número de publicación internacional WO0042320 [1]
- ^ La patente estadounidense de Michaud es US 2004/0112055 A1, "Motor de vórtice atmosférico"
- ^ Motor de vórtice atmosférico
- ^ Sandro Nizetic (2011). "Utilización técnica de vórtices convectivos para la producción de electricidad libre de carbono: una revisión". Energía . 36 (2): 1236-1242. doi : 10.1016 / j.energy.2010.11.021 .
- ^ La patente de Ninic es HRP20000385 (A2), publicada en 2002, título: "PLANTA DE ENERGÍA SOLAR QUE INCLUYE UN VÓRTEX DE AIRE GRAVITACIONAL" [2]
- ^ La patente de Nizetic es WO2009060245, publicada en 2009, título: "PLANTA DE ENERGÍA SOLAR CON DIFUSOR CORTO" [3]
- ^ Al-Kayiem, Hussain H .; Mustafa, Ayad T .; Gilani, Syed IU (1 de junio de 2018). "Motor de vórtice solar: modelado y evaluación experimental" . Energía renovable . 121 : 389–399. doi : 10.1016 / j.renene.2018.01.051 . ISSN 0960-1481 .
- ^ "Motor de vórtice solar / 978-3-330-06672-4 / 9783330066724/3330066725" . www.lap-publishing.com . Consultado el 29 de junio de 2020 .
- ^ Michaud LM (1999). "Proceso de vórtice para capturar energía mecánica durante la convección de calor ascendente en la atmósfera" (PDF) . Energía aplicada . 62 (4): 241-251. doi : 10.1016 / S0306-2619 (99) 00013-6 . Archivado desde el original (PDF) el 28 de septiembre de 2006 . Consultado el 10 de julio de 2006 .
- ^ Michaud LM (2005) "Motor de vórtice atmosférico" (PDF) . (198 KiB )
- ^ Tesis doctoral de Diwakar Natarajan
- ^ Staedter, Tracy (9 de noviembre de 2005). "El tornado falso le da un nuevo giro a la energía" . ABC Science . Consultado el 18 de septiembre de 2015 .
- ^ Christensen, Bill (24 de julio de 2007). "Motor de vórtice: los tornados domesticados pueden generar energía" . Technovelgy LLC . Consultado el 18 de septiembre de 2015 .
- ^ Boyle, Rebecca (18 de diciembre de 2012). "Último proyecto para mascotas de Peter Thiel: energía impulsada por tornado" . Ciencia popular . Consultado el 18 de septiembre de 2015 .
- ^ "Cómo construir un tornado" .
- ^ "Un Moteur Rotatif à Vortex Torique" .
enlaces externos
- Motor de vórtice atmosférico
- http://quanthomme.free.fr/energieencore/carnet14.htm (en francés, para traducción automática al inglés Google "Edgard Nazare")
- http://vortexengine.ca (Índice: "Respaldos", presentación en Powerpoint de D Cooper CPEng.)
- http://cdurable.info/Tour-solaire-a-vortex-maitriser-la,547.html (en francés, para traducción automática al inglés Google "Tour solaire a vortex")
- http://evgars.com/ (inglés, ruso, algunas ideas sobre los inventarios de Schauberger)
- http://www.vortexengineer.com/ Vortexengineer: presentación de Donald Cooper relacionada con la combinación de motores vortex con energía geotérmica de bajo grado como fuente de cebado
- https://www.breakoutlabs.org/news-events/news-event-item/article/power-a-city-with-tornados-latest-grants-announced-by-thiel-foundations-breakout-labs-includes- an.html