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