Wankel engine using thermal energy from the Indigirka River (Oymyakon)

Un motor Wankel sería una maquina muy efectiva para convertir energía térmica de los mares y océanos polares allá donde sea posible atravesar la cubierta de hielo y llegar a la zona líquida.
Cuanto más baja sea la temperatura atmosférica, mayor ha de ser el rendimiento de la máquina.
Se han realizado cálculos para este trabajo teniendo en cuenta un motor con una relación de compresión de 2,6:1 y una cilindrada de 400 cm3.
El aceite que se inyecta al árbol del motor, sale a través de unos orificios realizados en sus excéntricas y penetrando en cámara externa del rotor por orificios establecidos en su cojinete. Este aceite tiene la doble misión de engrasar, y además, calentar la superficie exterior del rotor, para una vez inyectado el CO2 líquido este pueda evaporarse súbitamente. El aceite abandona esta zona  descargando a través del rodamiento central pasando al cárter. Cómo observación puede decirse que este sistema serviría para refrigerar el aceite de un motor Wankel  "normal", y sumar energía procedente del sistema de refrigeración, camisas y otros órganos. Quizás se pueda recuperar como trabajo de eje el 25% de la energía que se pierde.

Ecological Wankel Engine

Enfriando el Mar Báltico

Motor Wankel en ciclo Diésel

Supply of thermal and electrical energy to city district

USING THE NETWORK ELECTRICITY AS AN ACCUMULATOR

COMBINED CYCLE WITHOUT BOILER OR STEAM TURBINE

NITRÓGENO COMO FLUIDO DE TRABAJO EN UN MOTOR WANKEL.Uno de los problemas que tiene el motor Wankel es no tener un engrase muy eficaz, además de arrastrar con los gases de escape humos procedentes de la combustión del lubricante. Quizás sea posible hacer trabajar al motor como si fuera una turbina con combustión externa y realizar el ciclo termodinámico con Nitrógeno como fluido de trabajo. Esto permitiría utilizar lubricantes "secos" como el Disulfuro de Molibdeno al no haber oxigeno con el que pueda reaccionar el lubricante. Se puede llegar a temperaturas de 1100C (1370K). La operación se realiza mediante dos corrientes de fluido: Una de ellas ( 50% del total) es expulsada antes de llegar a la zona de combustión, pasa a través de válvula hacia calderin de baja presión y temperatura donde es estabilizada su presión. De este calderín pasa a compresor de pistón donde se eleva su presión y es enviada hacia el quemador de gas ( se pueden emplear otros combustibles) y pasando a través de intercambiador de calor cerámico alcanza la temperatura de 1600K. Los gases de combustión del quemador son enviados a un regenerador para recuperar parte de la energía que transportan. El nitrógeno recalentado es introducido de nuevo en el motor en zona de combustión donde se mezcla con la corriente primaria (T=600K..P=10,bar). La mezcla alcanza la temperatura de 1100K y una presión de 22bar. La temperatura final estará en los 500K si se parte de una relación de compresión 5/1. El Nitrógeno deberá enfriarse antes de ser introducido de nuevo al motor. Si el motor es instalado en lugar donde se necesite calefacción y aire acondicionado, puede instalarse una máquina de absorción que realice los dos cometidos. De este modo un bloque de edificios dispone de energía eléctrica, calefacción y refrigeración. El motor puede ofrecer un rendimiento del 40% y el resto de la energía es aprovechada casi en su totalidad. El motor trabajaría con temperaturas más frías, con un engrase casi perfecto y sin contaminar. Claro que el que contamina sería el quemador. Trabajando un poco más el tema es posible que se pueda quemar biomasa para hacer trabajar al Wankel. ¿Biomasa cómo combustible para un motor Wankel?

TURNING A WANKEL ENGINE INTO A GAS TURBINE

Wankel engine with double compression

WANKEL GASOLINA Y DIESEL.
Una nueva idea para ver como mejorar el rendimiento de un motor rotativo. Se trata de incorporar un pequeño motor de dos tiempos para realizar el trabajo de una 2ª compresión. El aire de admisión carece de mezcla y llega a la cámara de combustión con presión y temperaturas relativamente más bajas. Menos trabajo en la 1ª compresión, para que sea el motor de dos tiempos el que genere el trabajo de la 2ª y definitiva compresión. La relación de compresión puede ser muy elevada ya que la posición del rotor lo permite, sobre todo si inicia expansión. En ese momento es cuando recibe la inyección del carburante. Los gases que expulsa el motor de dos tiempos pueden ser introducidos en la admisión del motor rotativo. Solo sería un 25% del volumen total y se aprovecha el calor y la existencia de posible carburante no quemado. Menos contaminación.
La sincronización del conjunto sería un verdadero trabajo de ingeniería.

Salvando al motor Wankel (2)
Nueva idea para poder convertir un motor Wankel en un motor limpio y de alto rendimiento. En principio la idea se basa en tratar de poder realizar "parte" de la compresión del aire o flujo de trabajo, externamente. De este modo será más fácil controlar presiones y temperaturas, así como modo de cebar térmicamente al motor.
Abreviando un poco la descripción de la idea, vemos en la figura un cilindro y en su interior dos pistones ( A-B). Sobre uno de ellos (B) carga un resorte que empuja al pistón hacia la posición de cierre lumbreras (2), y el otro es comandado en sus respectivas posiciones por accionamiento mecánico acoplado al árbol principal del motor. Recuperará posición de inicio mediante resorte, biela o acumulador neumático. Es muy importante la sincronización con el rotor del motor.
Cuando comienza la admisión y compresión del aire, las lumbreras (1) están en paso libre, ya que el pistón (A) se encuentra retraído. Las lumbreras (2) están cerradas para evitar comunicación con cámara de expansión. Para mantener la relación de compresión sería preciso eliminar "bolsillo" del rotor, ya que el aire que se está comprimiendo penetra al cilindro externo a través del las lumbreras (1), aumentando de este modo la cámara total o cilindrada. 
Cuando la punta del rotor deja atrás las lumbreras (2), súbitamente la electroválvula correspondiente deja paso a un fluido en estado supercrítico (CO2) ( Es necesaria una acción ultrarrápida del pistón ) y todo el aire contenido en el cilindro penetra a la cámara que existe entre rotor y trocoide (Estator). Las lumbreras (1) quedan cerradas y la punta anterior del rotor cierra la cámara por el lado de admisión. Ahora según el grado en la relación de compresión es posible tener que actuar sobre la carrera del pistón (A) para que llegue al final de su carrera cuando la punta del rotor abre la cámara de expansión, de este modo se impide llegar a presiones peligrosas.
Aunque no soy partidario de quemar combustibles hidrocarbonados, tengo que señalar que con este nuevo controlador de presiones se puede llegar a una presión de alto rendimiento quemando un combustible por autoignición o inflamación y además favoreciendo el trabajo del motor al restarle un 30% del trabajo de compresión. Un 60 % de la energía de los gases de escape se utilizan en este cometido.
En resumen: Aumento de la potencia y rendimiento. Posibilidad de obtener un motor que pueda funcionar con energía renovable ( Bomba de Calor). Suena raro, pero no es descabellado. Llegar a los 370º K con Bomba de Calor es factible, nada se pierde con probar

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Hibridación con motor Wankel, caldera de biomasa y Bomba de Calor.

SALVANDO AL MOTOR WANKEL.

Siguiendo la estela de los motores térmicos descritos en todas mis entradas, y viendo el poco interés desatado, cambio el rumbo hacia los motores de combustión acoplados a sistema ecológico donde no hay combustión.

No voy a enrollarme mucho, por que de nada sirve, solo lo mínimo para que la entrada tenga algo de sentido.

Los motores Wankel están quedando fuera de servicio, y yo creo que no se lo merecen, sobre todo su inventor que seguramente trabajo con su motor durante muchos años y con gran ilusión. Son motores suaves y silenciosos, si aprovechamos sus ventajas se puede conseguir un motor muy revolucionario dentro del plan de cero emisiones de carbono.

El motor Wankel es como la mayoría de los motores de combustión interna, muy revolucionados, y por tanto se requiere velocidad en el transporte de energía térmica hacia el fluido de trabajo, y aquí, los hidrocarburos, tienen esa ventaja de reacción rápida y espontanea. Por lo tanto se requiere un "combustible" que no entre en combustión. Suena raro dicho así,  y lo que quiero decir es que si se necesita elevar la temperatura y presión del fluido para obtener trabajo, también es posible obtener trabajo elevando la presión, siempre y cuando este trabajo en concreto se realice exteriormente. 

Dicho de otra manera: Para que el motor rápido (Wankel), disponga súbitamente de energía para realizar su trabajo, una máquina lenta exterior consigue licuar un fluido como el CO2, por ejemplo, para aprovechando la velocidad relámpago al vaporizarse pueda empujar un pistón que unido a un desplazador alojado en la cámara externa pueda variar la relación de compresión en el mismo instante en que el rotor llega al punto de ignición.

Para un motor Wankel con una relación de compresión de 8, la presión alcanzaría los 18,37 bar y temperatura de 666ºK ( partiendo de una temperatura en la admisión de 290ºK). Ahora sería necesario darle más energía, ya que la que ha adquirido tendrá que devolverla de nuevo, así que podemos darle más energía aumentado la presión si actuamos sobre la relación de compresión reduciendo la cámara donde el aire se encuentra encerrado a la presión de 18,38 bar. Vamos a una relación de 2, esto es; reducimos la cámara a la mitad y ahora la presión será de: 48,47 bar y temperatura  de 878ºK.  ¿Que cantidad de trabajo se puede extraer?. Pues será la energía equivalente que le hemos entregado exteriormente : 

 W= Cp ( T3 - T2) = 1 x ( 878 - 666 ) =212 KJ /Kg de aire. ¿ De donde procede esta energía?. Procede del sistema exterior del que ya he explicado como funciona en varias entradas. En realidad si se observa con detenimiento este sistema la máquina que genera el trabajo útil es la externa al Wankel. Pero para acoplar a un automóvil es necesario la "liebre.

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Resumen: Una máquina "tortuga" acoplada a una máquina "liebre" pueden sustituir al violento y cancerígeno hidrocarburo.  

 

COMO CONVERTIR UNA PLANTA DESALADORA POR ÓSMOSIS INVERSA EN UNA CENTRAL ELÉCTRICA

MOTOR FRÍO:De nuevo con el mismo tema. Dos cilindros con su pistón. Un foco térmico a 27ºC y un sistema frigorífico que desarrolla su trabajo de forma alternativa, de tal modo, que la compresión del fluido es apoyada por la propia energía de expansión del ciclo opuesto siendo almacenada mediante generador lineal y ultra capacitador que realiza la descarga eléctrica en la medida que es solicitada para la compresión.Los dos cilindros desarrollan una potencia teórica de 90 KW/h, realizando 360 ciclos/hora cada uno. Como es imposible obtener un rendimiento del 100% se asume un rendimiento de todo el conjunto del 60% quedando la potencia en 54 KW/h. Sería un sistema ideal para un bloque de viviendas ya que la máquina es capaz de adaptarse al consumo fácilmente. Solo es necesario acumulador eléctrico para los picos de consumo, o sistema hidráulico con botellas presurizadas y motor hidráulico unido a generador eléctrico.

SISTEMA PARA VEHÍCULOS TOTALMENTE HIDRÁULICOS De nuevo buscando ese motor revolucionario que sea una auténtica innovación. Se trata de un motor hidráulico que obtiene la fuerza mediante un motor térmico de baja entalpía. En entradas anteriores ya he mostrado como pueden funcionar este tipo de motores. La base principal del agente motriz es su capacidad para recircular la energía térmica que no se convierte en trabajo. De otro modo no sería posible obtener un mínimo de fuerza para poder enviarla al sistema hidráulico. Descripción somera del "artilugio": El cilindro-pistón (A) aloja 5,2 Kg de CO2 de forma permanente.Para obtener un diferencial de presiones se lleva a cabo un enfriamiento isobárico con cambio de volumen y formación de "nube" por condensado que se mantiene en suspensión mediante el ventilador (H). Posteriormente el CO2 es calentado a volumen constante (isócora), evaporando niebla,y aumentando su presión y entalpía. Desde esta posición el CO2 se expande isentrópicamente realizando un trabajo de 20,9 Kj. Este "apretado" margen nos puede llevar al fracaso si no se realiza toda la labor del conjunto de elementos de forma adecuada. No importa el tiempo en que se lleve a cabo la operación. A más lentitud; menos potencia, pero mejor resultado en cuanto al trabajo obtenido. Si es necesario llegar a una potencia determinada, sera cuestión de volumen de máquina, cantidad de flujo o número de cilindrós unidos al mismo equipo enfriador (C-D-E). La principal ventaja de este sistema frente a los anteriores, es que el cambio de volumen que permite unir las moléculas de CO2, para una vez unidas cargarlas de energía sin permitirles expansionarse y de este modo elevar la presión en el interior de cilindro (A), se consigue entrando en la zona húmeda dentro del domo vapor hasta obtener el titulo de vapor x= 0,6. De este modo 0,4 Kg de CO2 formarán niebla y descenso importante de su volumen. Este CO2 líquido en suspensión pasa varias veces en una unidad de tiempo por el intercambiador (G), que se mantiene en marcha permanentemente, favoreciendo el intercambio de calor y evaporación de la niebla, cuando el CO2 es calentado a volumen constante. Es preciso también tener en cuenta que si la operación que ha de efectuar el refrigerante se realiza de forma satisfactoria ( evitar recalentamiento en la compresión llevando el vapor refrigerante cerca del domo vapor húmedo) se puede llegar en el peor de los casos a un 20% del trabajo que se obtendría con el 50% óptimo ( 50% en relación a la energía que entra al sistema, no la energía total que interviene en la operación (125,4 Kj) En este caso el rendimiento máximo no superaría el 14%. El resto; RECIRCULA En el dibujo podéis observar las figuras de un motor hidráulico y un deposito acumulador de aceite para mantener el flujo y presión en la linea hidráulica, y evitar que las pulsaciones de la bomba de pistón hagan fluctuar la carga dinámica en el motor además de servir como acumulador de energía ya que el cilindro-pistón (A) realizará sus ciclos de trabajo en el tiempo necesario para lograr un resultado satisfactorio. Faltan muchas cosas más, como es lógico, pero para tener una idea creo que puede ser suficiente. Finalizando: Se puede fabricar un vehículo de tracción totalmente hidráulica, otra cosa sería el motor térmico al que sino hay más remedio lo podemos ayudar con un 10% de la potencia necesaria mediante motor eléctrico y carga de batería,pero solo un 10%, así que la recarga no sería problema y la autonomía muy amplia.

VEHÍCULO ELÉCTRICO Y REFRIGERADOR MAGNÉTICO:Se estudia la posibilidad de utilizar un "refrigerador magnético" acoplado a generador lineal para recarga autónoma de la batería. Sería un vehículo capaz de circular todo el año por la ciudad siberiana de Yakutsk sin necesidad de recarga, y por supuesto en cualquier parte del mundo. Se trata de un motor lineal que utiliza vapor de Nitrógeno como fluido de trabajo. Según se puede observar en el dibujo, y comenzando por (C) vapor húmedo se enfría y condensa en el refrigerador magnético (1-5-6).El anillo formado por material magnetocalórico sufre des-magnetización instantánea y enfriamiento isotérmico. Al tratarse de un vapor húmedo se espera rapidez en la condensación.El anillo magnetocalórico compuesto por finas láminas retiene el líquido entre ellas,de este modo cuando la bobina se excita de nuevo y orienta el campo magnético en el anillo, el calor desprendido forma vapor flash que se calienta a volumen constante (A-B) entre las temperaturas de 95ºK y 107,5ºK.Se desprenden 120 Kj/Kg vapor,sigue expansión (B-C) y Trabajo= 20 kJ/Kg. Al tratarse fundamentalmente de un motor térmico se espera que pueda penetrar energía del exterior procedente de los alrededores y a cualquier temperatura por encima de los 100º K.Debo señalar que para este caso concreto se tiene en cuenta una potencia eléctrica neta a la salida bornes de 20 KW/h. Se utilizan 12 generadores lineales (Es preciso repartir la carga de fluido para obtener rapidez de embolo en generador lineal) que aportan 32 KW/h. El resto de potencia lo aporta el motor lineal montado en la vasija contenedora que transforma energía térmica procedente del exterior en trabajo (8 KW/h), en total se generan 40 KW/h, 20 KW/h se emplean en componentes eléctricos del sistema. Todos los componentes internos están bañados dentro de la vasija que los contiene por Nitrógeno líquido, de esta forma existe la posibilidad de utilizar hilo superconductor en las bobinas, aumentado de este modo el rendimiento del refrigerador y generadores lineales. Se calcula que la vasija no ocupe un espacio mayor de 0,62 m3. Estará totalmente blindada y solo saldrán de ella los bornes de conexión. ¿ Y si montamos este aparato en un hogar o bloque de viviendas?.

Obtener Nitrógeno líquido y energía eléctrica.He cambiado un poco el dibujo de mi anterior entrada. Ya había comentado que el Motor Criogénico se puede acoplar par trabajar a temperaturas criogénicas. La gran ventaja es poder obtener, como en este caso, Nitrógeno líquido y realizar un motor donde se pueda inyectar en estado líquido y culata caliente (Temperatura ambiente) para poder "caer" en la expansión como gas en zona de condensación. Con una presión de 200 bar, creo que el límite estaría en los 300º K, claro que puede realizarse salto a temperatura más elevada, pero sería algo absurdo, ya que podemos obtener trabajo de eje a temperaturas de los alrededores sin necesidad de combustibles ni de solar concentrada. Hay que buscar lo económico y fácil de obtener. El dibujo muestra como ejemplo el cilindro que ya conocemos y la adaptación a temperaturas muy bajas. Se realizan cálculos teniendo en cuenta 2 Kg de He4 en el cilindro de 1 m3 útil, mas 1,32 Kg que son agregados antes de someter el fluido a el calentamiento a volumen constante. A temperatura inicial de 66ºK, 2 Kg de masa, y una presión de 2,74 bar, se inyectan 1,32 Kg de He4 que abandonan la turbina expansora. La presión se eleva hasta los 4,55 bar, elevando aun más su presión al ser calentados a volumen constante hasta los 100ºK (6,825 bar). Se realiza expansión isotérmica entrando energía por (F)procedente de la condensación del Nitrógeno que ha sido previamente calentado a presión constante (200 bar)(A-B) según diagrama (250ºK).Una vez expansionado( 3,76 Kg) son condensados a 10 bar de presión y 100ºK de temperatura. El trabajo del He4: W=nRTLn (P1/P2) =830 x 8,31x100 x Ln (6,825/2,74) = 629,47 Kj. El calor que cede el Nitrógeno al condensarse es de 167 Kj, así que permite la condensación de: 629,47 Kj /167,2= 3,76 Kg. El trabajo obtenido es de: 433 Kj + 629 Kj (He4) =1062 Kj. El trabajo negativo o la direfencia del trabajo compresor y turbina al enfriar el He4 : Trabajo compresor: 350 Kj, trabajo turbina :140 Kj, trabajo negativo : 350-140 =210 Kj Trabajo neto: 1062- 210 = 852 Kj. Ahora hay que tener en cuenta el rendimiento y el trabajo del resto de equipos. Si le damos un 60 % de rendimiento estaríamos muy cerca de trabajo útil real (0,6 x 852).

Vehículo eléctrico con una potencia de 30 KW/h. Para poder instalar el "invento" en un vehículo es necesario que la máquina no sea muy voluminosa. En este caso concreto se realiza un estudio teniendo en cuenta un volumen máximo par 2 cilindros motores, (A) en el 1º dibujo, con un volumen útil mínimo de 0,0628 m3 y un volumen máximo después de la expansión de 0,14 m3. El cilindro tendría unas dimensiones de: 0,4 metros de diámetro y 1,16 metros de largo. Las soplantes ocuparán un espacio como el de un turbo de motor diésel. Y el resto de componentes se intercalan en los espacios "muertos". El fluido de trabajo será He4 trabajando a una presión mínima de 6616242 Pas. (66,16 bar), 10982961 Pas. (109,82 bar) después de la inyección de 0,66 Kg (165 moles) de He4, y 153,72 bar de presión al finalizar el calentamiento a volumen constante (200º K-280º K). La expansión isotérmica (153,72 bar-----66,16 bar----T= 280º K) realiza un trabajo W= 810,92 Kj. Una vez expulsados los 0,66 Kg de He4 al finalizar la expansión isotérmica, este es comprimido en la micro-turbina isotérmicamente aplicando un trabajo de 509,96 Kj. El trabajo neto para estás operaciones es de: 300 Kj, aplicando un 60% de rendimiento nos quedan: 180 Kj x 2 ( cilindros)= 360 Kj multiplicando por 300 Kg de He4 y dividiendo por 3600 seg =36 KW/h. Al estar generando energía eléctrica constantemente, solo necesitamos una batería con carga para una hora. Sería para el arranque y si se produce una avería en la máquina compuesta por los cilindros y generador lineal. También sería posible instalar un sistema hidráulico para si lo que falla es la batería o el motor eléctrico, poder seguir ruta mediante convertidor y transmisor hidráulico. Como podéis ver, todo son ventajas: "Combustible" gratuito y motor silencioso no contaminante y una vez que lo tenemos en nuestro garaje, cargar la batería del hogar.¿No merece la pena investigar sobre este motor?.Quizás yo sea ese "burro flautista".

Motor criogénico acoplado a generador eléctrico lineal con la posibilidad de recargar batería automóvil eléctrico. En la próxima entrada trataré de dar más detalles.

Un dibujo no es siempre suficiente para ver con claridad lo que se pretende mostrar. Trataré de explicar de la forma más sencilla que pueda como funciona el "invento". El cilindro-pistón (A) que se muestra en la figura es lo que llamaríamos el motor principal. Tiene la misión de convertir en trabajo la energía térmica que penetra a través del intercambiador de calor (F) procedente de los alrededores. Esto quiere decir que la máquina puede realizar su trabajo adaptándose a la temperatura externa. Para conseguir realizar su trabajo el gas contenido en su interior, es enfriado a presión constante, calentado a volumen constante y expansionado isotérmicamente, aunque también puede ser expansionado adiabáticamente, si previamente es calentado con la energía procedente del exterior, a presión constante antes de su expansión. Vamos a seguir paso a paso el proceso. Enfriamiento a presión constante: Las soplantes de barrido (C1-C2) están en funcionamiento, el pistón (D) comienza su expansión enfriando el gas contenido en todo el circuito al que está conectado. Trabaja con una masa de gas cinco veces superior, a la que discurre por el otro circuito, (C2) y a velocidad elevada, con el objetivo de establecer un salto mínimo de temperatura en el intercambiador de calor (E). El gas contenido en el circuito de este cilindro-pistón (D) se expansiona siguiendo una politrópica donde la isoterma y la adiabática son predominantes. Para no entrar en complicaciones estableceremos una doble expansión que tienen prácticamente el mismo valor respecto al trabajo realizado. Así que daremos como válidos multitud de saltos térmicos,en una politrópica para el enfriamiento o calentamiento del propio gas que esta realizando el trabajo. En todo el proceso, controladores de temperatura envían información a los comandos instalados en máquinas (D) y (C1) para controlar la velocidad de desplazamiento en el caso del pistón (D) y la velocidad de flujo en el caso de la soplante (C1). Este control es necesario para que el pistón (D) realice su trabajo y pueda regresar a sus puntos "muertos" con la mínima desviación, desde el punto de vista termodinámico del gas. Será inevitable el desvió hacia zona de mayor entropía con ligero recalentamiento, y habrá que enfriar antes de partir de nuevo hacia el punto "muerto" superior en el proceso de calentamiento. Una vez enfriado el gas contenido en (A) se inyecta (1) un 60% del mismo gas enfriado previamente. Una vez inyectado, el pistón (D) realiza compresión para calentar el circuito secundario (C2-A-F) y calentar a volumen constante el gas contenido en (A). la inyección del 60% de gas en (1) se realiza para poder entregar toda la energía extraída en el enfriamiento a presión constante: (Cp.(T1-T2), y entregarla en el calentamiento a volumen constante: (Cv.(T2-T1). Para el gas He4 los valores del calor específico son respectivamente: Cp= 1,25 Kcal/Kg/ºK) y Cv= 0,75 Kcal/Kg/ºK. De esta forma el pistón (A) puede llegar a sus puntos "muertos" con la mínima desviación y poder dar como válido,(No del todo) que el trabajo es igual en las dos trayectorias. Esto es muy importante. No importa el tiempo en que se realice el trabajo. El Motor Criogénico será una máquina lenta pero muy eficaz, ya que puede preparar "el terreno" para que máquinas más veloces puedan realizar la labor como máquinas acopladas a diferentes dispositivos donde se requiera velocidad de actuación. Una vez calentado a volumen constante el gas contenido en (A) se expansiona realizando trabajo y recibiendo energía del exterior a través de (F) El gas inyectado en (1) es expulsado por (2), se comprime isotérmicamente en turbo-expansor y se expansiona adiabáticamente a la vez que se enfría. Se expulsa el 70% de la energía que ha penetrado por (F) (Compresión isotérmica del gas inyectado). La principal cualidad del Motor Criogénico, aparte de poder utilizar energía térmica a varias temperaturas, es su capacidad para acoplarse isotérmicamente a varios módulos donde energía y masa van decreciendo exponencialmente, así, por ejemplo; si se dispone de 5 módulos: (0,7)^5 = 0,16. Una máquina que expulsa 70 unidades de energía en su primer módulo, el 5º módulo expulsará : 0,16 x 70 =11,2. Solo entra energía por el 1º módulo y el rendimiento total de los 5 módulos acoplados es de: 1-( 11,2/100) = 0,88 (88%). Atención a este dato: El rendimiento termodinámico es, en este caso del 30%, no del 88% que es el rendimiento de varios ciclos termodinámicos acoplados y por lo tanto el de una máquina con más masa y volumen total. Si solo obtenemos un rendimiento del 10% en cada módulo, el 5º módulo expulsaría: (0,9)^5= 0,59 X 90= 50,1 y rendimiento total: 1-(50,1/100)=0,5 (50%) Perdonar por tanto rollo. Y aún hay más.....

Predicar en el desierto: Aquí dejo un dibujo para aclarar un poco el tema del pozo mina. En la anterior entrada comentaba la necesidad de enfriar el NH3 antes de entrar en el intercambiador de calor situado en superficie. Creo que se puede conseguir aprovechando el salto térmico que ofrece el CO2 frío que sale de la turbina antes de que entre en el intercambiador de calor a contracorriente que tiene la misión de calentar el CO2 y obtener la columna más caliente y menos densa. Me parece que este blog no tiene mucho interés así que prefiero no molestar más. Pero lo prometido; es deuda. Gracias

Buscando soluciones.Estoy tratando de encontrar una solución al problema planteado en la anterior entrada. Había ofrecido realizar un dibujo que aclarase un poco más lo presentado, sobre el pozo de mina y como obtener energía aprovechando el salto hidráulico. Creo que me he precipitado al exponer la idea, no resulta fácil obtener el rendimiento deseado en los intercambiadores de calor para acercarse lo máximo a las temperaturas de salida en la parte fría. Incluso dividiendo el caudal de Amoniaco en unas 10 partes e instalar intercambiadores de placas en la zona de superficie, quizás solo lograría acercarse unos 2ºC en el mejor de los casos. Esto hace que la temperatura vaya subiendo en cada paso por intercambiador. Es necesario bajar unos 5ºC la corriente fría y no es nada fácil extraer energía de temperaturas tan bajas (-50ºC). Estoy pensando en el Motor Criogénico expuesto en anteriores entradas, pero no quería complicar con más "aparatos" el nuevo sistema. Además, el Motor Criogénico trabajando con esa enorme cantidad de energía,(288x 10^7 Kcal/h) sería un máquina muy aparatosa y habría que dividir el flujo térmico. Si se une a esto, que el Motor Criogénico superaría en generación de trabajo al sistema hidráulico, no tiene sentido esta última instalación. Quiero pedir disculpas a los que seguían y visitaban mi blog (carbono44.blogspot.com) por haberlo eliminado. Un mal día, repasando los cálculos del Motor Criogénico me percate de un error y pude observar que de aquella manera no podía funcionar correctamente. De inmediato, y cegado por la rabia; lo elimine. Me pase aquel fatídico día toda la noche repasando los cálculos realizados, hasta que por fin; llegue a la conclusión de que había tomado un camino equivocado, y todo lo realizado con anterioridad era correcto, pero el blog ya estaba eliminado, y solo he podido enlazar las entradas con este al haber realizado copia. Era la primera vez que había creado un blog, y la verdad; soy un verdadero principiante en estas cosas. Me habría gustado mantener la URL, pero me parece que ya no es posible. Entro en los foros, pero el lenguaje y métodos que allí enseñan me quedan muy grandes.

Energía de Colores:Vemos con harta frecuencia hacer mención de las energías renovables como energía "verde". Entiendo que se hace referencia a un tipo de energía respetuosa con la salud del planeta-por lo de las praderas verdes con sus vacas pastando sobre ellas y esas cosas-. Vamos a ver que se puede hacer con esos pozos de carbón que se están cerrando por la Cuenca minera asturiana. La energía "negra" del carbón se ha puesto en el ojo del huracán.Es una pena, pero como en casi todo en la vida no es conveniente abusar, y algunos países se han pasado bastante utilizando este combustible fósil. Creo que todos sabéis lo que es un pozo de extracción en mina. Se trata de la caña cilíndrica vertical que penetra dentro del corazón de la mina descendiendo unos cuantos metros, dependiendo de las características de la explotación. Vamos a realizar el estudio de un pozo con una caña de 500 metros de profundidad. Utilizaremos el salto de 500 metros para obtener energía hidráulica por medio de CO2 como líquido saturado, y el Amoniaco también como líquido saturado. El CO2 será el fluido motriz y el Amoniaco el agente refrigerante. Sobre la superficie del pozo se instalan: Intercambiador de calor a contracorriente, Sistema frigorífico, y bomba hidráulica para impulsar el Amoniaco. Abajo; en la última galería del pozo y ampliando para crear sala de máquinas, se instala turbina hidráulica de reacción tipo Francis con su generador, y en el fondo de la caña, centrado y con suficiente amplitud se sitúa otro intercambiador de calor a contracorriente. Comenzamos por el CO2 en estado líquido a temperatura de -50ºC, 1168 Kg/m3 de densidad,y 73 Kg/cm2 de presión que abandona el intercambiador de superficie descendiendo hasta entrar en la turbina Francis. Sale de la misma y entra en intercambiador de calor para ser calentado por el Amoniaco hasta los 28 C . La diferencia de densidades establecida (1178-600 Kg/m3) es el motor del sistema que hace ascender al CO2 hasta la superficie. El Amoniaco que ha entrado en el intercambiador para calentar el CO2, es enfriado desde los 300ºK hasta los 225º K y es elevado hasta la superficie donde entra en el intercambiador de calor para enfriar de nuevo al CO2. El Amoniaco es necesario bombearlo debido a que ha variado su densidad al ser enfriado y la corriente de ascenso es mas pesada que la que desciende. Si se dispone de una tubería para el CO2 frío de 0,6 metros de diámetro se puede llegar a los 15 m3 /seg. de caudal. Teóricamente esto nos daría una potencia en turbina de 40000 KW/h. Restando trabajo bomba Amoniaco y otras máquinas auxiliares: (40000-12000 Kw/h) =28000KW/h.. Si disponemos de una caña de 6 metros de diámetro se pueden instalar 5 equipos como el anterior, lo que daría una potencia de : 5 x 28000KW/h=140000 KW/h. Una tonelada de carbón quemada en central térmica con un rendimiento del 40% nos daría unos: 3400 KW/h. El nuevo sistema equivale en energía eléctrica a unas 41 Tn/h X 8000 horas=328000 Tn /año En la próxima entrada trataré de explicarlo mejor con algún dibujo.

Motor de Amoniaco:Aquí muestro la figura de lo que puede ser un motor que utiliza Amoniaco como agente motriz.Como se puede observar lleva incorporado un motor criogénico como los expuestos en otras entradas anteriores. Hay que señalar que este tipo de máquinas son excesivamente lentas para ser instaladas en vehículos, o para generar energía eléctrica, por ejemplo, es por esto que se ha de incorporar otro tipo de motor más rápido, sobre todo en vehículos y que permitan variar la velocidad en un amplio número de revoluciones. La rapidez de este motor se basa en la formación de vapor "relámpago" o flash, al introducir el amoniaco líquido pulverizado mediante tobera inyectora en cámara sobre culata recalentada mediante un gas a alta presión y temperatura (He4).La máquina principal o Motor Criogénico, junto a las distintas máquinas de apoyo, forman un conjunto independiente del motor rápido, ya que solo realizan la labor de facilitar el funcionamiento del motor de Amoniaco. Generan la temperatura de alta, y la temperatura de baja, para que pueda realizarse el salto y obtener trabajo de eje.Este conjunto de máquinas formarán un bloque que pueda ocupar el mínimo espacio disponible. El motor de Amoniaco puede ser instalado en mismo lugar que ocupa ahora un motor de cualquier vehículo y se mantiene toda la mecánica acoplada al mismo. Incluso la mecánica propia de los motores actuales exceptuando materiales de camisa y pistón, además del tipo de engrase y la configuración de la culata. Señalar por último que el rendimiento termodinámico del conjunto no supera el 12% si se tiene en cuenta toda la energía que entra al sistema.Hay que tener en cuenta que el 70% del total de la energía involucrada, es recirculada y solo procede del exterior el 30% restante .El motor criogénico es capaz de generar 138 KW/h, mientras que el motor rápido solo ofrecerá 20 KW/h. El resto del trabajo se emplea en los órganos internos del Motor Criogénico. En relación a la energía procedente del exterior y potencia del motor rápido se puede obtener un rendimiento del 34%.

Refrigeración superconductores de alta temperatura (100 K).En este nuevo dibujo se puede ver como se cierra el ciclo del motor criogénico,utilizando un ciclo de gas Metano que nos permite trabajar a bajas temperaturas realizando su trabajo como si fuera un ciclo Rankine con recalentamiento del gas por encima de su temperatura crítica (190,4 K) (fluido supercrítico). Con este sistema sería posible enfriar un superconductor de alta temperatura utilizando Nitrógeno líquido.Incluso nos podemos acercar a los 80K para poder refrigerar superconductores de baja temperatura (77 K). No solo sería posible refrigerar, sino que además, obtendríamos trabajo de eje en lugar de tener que aportarlo para enviar la energía térmica al exterior (alrededores). El Metano se puede sustituir por otro gas como el Argón, aunque este gas tiene el inconveniente de su baja densidad, entre otros, no muy difíciles de salvar

Aquí se muestra la figura de lo que puede ser un motor criogénico montado sobre un vehículo eléctrico para alimentar su batería con una potencia de 22 KW/h. Trabajaría con 165 Kg./h de Helio4 a una presión mínima de 5 bar.El volumen del motor no supera los 0.8 m3, aunque es posible reducir si se trabaja a presiones superiores.La batería puede sustituirse por una turbina de gas operando con vapor de NH3,alimentando la energía térmica con el rechazo del turbo-expansor. De este modo el vehículo puede manejarse con variaciones de velocidad lo mismo que cualquier otro vehículo.Naturalmente el trabajo que se entrega al generador, y para este último caso, debe ser desviada hacia el turbo y turbina de NH3, ya que esta será la que entregue la potencia.

Lo primero: FELIZ AÑO 2017. Después del estancamiento al que he sometido el blog, volveré en su momento a dar el "coñazo" con el tema energético.Lo descrito hasta ahora tiene como base una idea que surgió en su momento como una máquina para cerrar ciclos termodinámicos, entre ellos, el ciclo de las turbinas de vapor en Centrales Nucleares. Se presento en la oficina de patentes como Modelo de Utilidad; Nº-U200700262 con fecha de presentación: 07/02/2007.Lo que demuestra que la idea no es fruto de un día "soleado". Trataré de demostrar como se puede elevar el rendimiento de un ciclo termodinámico clásico de vapor mediante el cierre del mismo utilizando un motor criogénico. En realidad, si el motor es capaz de funcionar con energía a bajas temperaturas; ¿Para que utilizar un ciclo Rankine de vapor recalentado a altas temperaturas, además de utilizar energía fósil o nuclear?. Pues bueno; ese es otro asunto. Solo quiero demostrar el absurdo sistema de intentar llegar a temperaturas elevadas con el objetivo de que una máquina pueda obtener trabajo de eje. Esperaremos a que pasen estás fiestas que son muy amortiguadoras neuronales para algunas zonas del cerebro. Gracias y FELICES FIESTAS!!