Máquina Térmica Motora

Aquí presento a una máquina térmica motora, que entre otras funciones como motor, bien podría instalarse en uno de esos enormes buques mercantes que navegan por los mares y océanos.

La potencia estará determinada por el volumen, temperatura, presión y número de moles del gas de trabajo ( Nitrógeno, Helio, Argón, Hidrógeno y otros). No hay combustión. La energía se extrae del mar como energía térmica, incluso navegando por los mares más fríos del planeta. La temperatura de operación no es un problema, la máquina se adapta a cualquier temperatura, incluso a temperaturas criogénicas.

La creciente demanda de agua potable en muchos lugares del planeta, debido en parte al cambio climático, obliga a la construcción y puesta en marcha de potentes desaladoras. Una máquina que utilice energía térmica de baja entalpía, incluso que pueda aprovechar el calor latente del cambio de fase líquido-solido del agua, nos ofrecería la solución definitiva a la producción de agua potable. El coste de la energía es ahora el principal obstáculo para obtenerla.

También debo mencionar a las centrales eléctricas, sobre todo a las centrales hidroeléctricas. Se trataría de aprovechar las actuales turbinas con sus generadores, y recircular el agua descargada por turbina mediante la Máquina Térmica Motora. El resultado sería  muy efectivo, ya que las oscilaciones de bombeo, utilizando a la Máquina como bomba de desplazamiento positivo, se amortiguan a través del agua embalsada.

Su funcionamiento: Según se observa en el dibujo, el pistón (1) se encontraría al final de su carrera en la presión mínima. El pistón (2) está a la "espera" en su posición de punto muerto superior. Este pistón queda bloqueado. Las válvulas de lenteja abren y el compresor lobular se pone en marcha. Lleva incorporado un variador de frecuencia, o es alimentado su motor por corriente continua, con el objetivo de ir aumentado su número de revoluciones a medida que aumenta la presión. De este modo el trabajo será mínimo.

El pistón (1) comienza su carrera ascendente desalojando el número de moles suficiente para no aumentar la presión y no realizar trabajo (solo rozamientos). El flujo pasa al la cámara o vasija donde se aloja el pistón (2), aumentando la presión y realizando un trabajo, que es menor al que tendríamos que realizar si es comprimida toda la masa de la cámara o vasija. Ahora el pistón (2) es desbloqueado y comienza su carrera de expansión.

En el dibujo se detallan presiones, temperaturas y trabajo entre otras cosas. La energía térmica la entrega el condensador de CO2. Lleva incorporado sistema de recirculación forzada para mantener temperatura homogénea en la expansión isotérmica del gas ( N2) 

ITER PACÍFICO

El nuevo sistema que se observa en la figura que adjunto, se trata de un conjunto de tres vasijas (solo dibujo una, pero serian  las tres exactamente iguales) y que por razones de seguridad y debido a las altas presiones de trabajo, irían bajo el suelo, subterráneas, así sería también posible realizar un fuerte armazón de hormigón que permita paredes metálicas en su interior de espesor moderado.
El funcionamiento del sistema es muy sencillo. Se trata de comprimir y expansionar un gas. Se expansiona isotérmicamente, y se comprime manteniendo el volumen constante e introduciendo masa o moles del gas de trabajo ( en este caso será Nitrógeno), empujados por varios compresores (uno solo sería demasiado voluminoso). Antes de introducir el gas comprimido el gas que ocupa la vasija es desplazado a presión constante ( presión mínima 200 bar) expulsando el número de moles suficiente para mantener la presión mínima constante en todo el recorrido del pistón. El trabajo realizado por los compresores es menor que el realizado en la expansión. "El trabajo en un ciclo cerrado depende solo del camino recorrido".
Funcionamiento:
Empezaremos por la vasija (1) que estará en posición de espera (carga Nitrógeno comprimido). Pistón punto alto bloqueado. Mínimo volumen vasija (1000 m3) Presión: 200 bar. Número de moles:
8122157 moles. Se han expulsado 4840805 moles. Ahora recibe 4840805 moles de Nitrógeno a una presión media de 275 bar, y presión final de 350 bar. Se desbloquea el pistón y se expansiona el gas isotérmicamente. La carga térmica la recibe del condensador de CO2 y el Nitrógeno es batido en el interior de la vasija con el objetivo de que todas las moléculas, o el mayor número posible, reciban de forma igualitaria la energía térmica.
La vasija (2) ha expulsado el Nitrógeno que ha recibido la vasija (1) . La vasija (3) esta en punto muerto inferior y se dispone a cargar la vasija (2). Ahora la vasija (3) recibirá lo expulsado por la vasija (1) cuyo pistón inicia el ascenso.
Yo mismo me hago un lio, pero creo que se entiende lo que pretendo dar a conocer. Como es lógico se pueden montar un número indeterminado de vasijas todas ellas trabajando conjuntamente. Incluso se pueden conectar mecánicamente por transmisión, mediante cremallera, y piñones libres para efectuar las inversiones de marcha y bloqueos de eje.
Este sistema sería muy conveniente en una central hidroeléctrica de bombeo, incluso no sería necesario el bombeo a balsas elevadas, descargando en galería presurizada de poco volumen y manteniendo la presión mínima por medio de un gas (Aire), es posible recircular el agua de las turbinas. La energía térmica la aporta el agua del rio.
No hay que olvidar las desaladoras, aquí tendríamos agua potable y energía eléctrica. Energía a precio cero. ¿Es mucho pedir?

Aquí tenemos el sistema ITER PACÍFICO, acoplado a un equipo de ósmosis inversa en una hipotética desaladora. También es posible acoplar el ITER PACÍFICO a una central hidroeléctrica de bombeo. Al trabajar el ITER por medio de pistón alternativo, el flujo bombeado sufrirá oscilaciones de presión que han de ser amortiguadas descargando previamente en cámara presurizada con un gas (Aire). En una central hidroeléctrica éstas oscilaciones no tendrían importancia, ya que se vierte el flujo (agua) al propio embalse de la central, manteniendo constante el nivel del mismo. Se recircula el agua descargada por las turbinas hidráulicas y estas son las que convierten en energía eléctrica el trabajo generado por la expansión del gas contenido en el ITER PACÍFICO.

Al no ser necesario la entrada de agua del rio, de algún modo debe de haber aporte de energía térmica, de otro modo el agua del embalse puede llegar a congelarse, y para obtenerla del aire, serían necesarios intercambiadores de calor muy voluminosos, por lo tanto deberá entrar agua del rio y enfriarla unos 5ºC ( evaporadores CO2) . También sería posible llevarla a congelación y extraer el calor latente de fusión. Parece ciencia ficción, pero no lo es.

Con este sistema; ITER PACÍFICO + Central Hidroeléctrica, problema de la energía y agua potable resuelto. AMÉN.