Sistema termodinámico extensivo e isotérmico

La figura muestra un sistema termodinámico extensivo en volumen y masa, manteniendo constantes la temperatura y presiones. El sistema sería mas relevante si lo hacemos trabajar a temperaturas de 200 ºK - 100 ºK, de este modo se obtiene un salto térmico muy apreciable (260 ºK---100 ºK) lo que multiplicaria por 2,6 la energía térmica del foco caliente en un hipotético ciclo de Carnot. El sistema se convertiria en una Central Térmica que utilizaría el calor latente para convertir agua en hielo y este en agua potable ( 80000 Kcal/m3 de agua) (260ºK) y unos 80 kW / tonelada de hielo. Tengo la impresión de estar escribiendo mentiras o que solo sea un ignorante y no un mentiroso , pero me pregunto: ¿Y toda la energía derramada en los condensadores de las centrales térmicas se podría haber aprovechado?

Naturalmente si este sistema funcionara , no habria necesidad de utilizar dichas centrales térmicas quemando combustibles, el gan colector solar que es el mar nos proporcionaría toda la energía necesaria en todo el planeta.

Tambien se debe observar que el sistema puede extenderse en dirección opuesta esto es: Ir aumentado volumen de maquina y número de moles o masa. Para ello haremos un cálculo sencillo: La relación energía entrante y energía térmica expulsada esde : 4140/2940= 1,4 

si se montan 20 módulos el último podria recibir : (1,4)^ 20 =836 x 4140 =3463865 kJ 

si se realizan 300 operaciones en una hora : (3463865 x300) /3600=288655 kW Y trabajando en los 200 ºK con salto 60º : (260/ 200) x 288655 =375251 kW.

Bueno aqui salen kilovatios por un tubo, no será tan fácil. Lo primero un prototipo que funcione, y  si funciona estamos salvados. Energía eléctrica para todo , calor y trabajo. Bombear a la meseta para la agricultura y sanear rios y arroyos de montaña bombeando aguas arriba. 

Soñar es gratis

Saludos  

 Interrogando al enunciado del Kelvin-Planck

Atreverse a poner en duda el enunciado de Kelvin-Planck puede ser de ignorantes, pedantes o muy atrevido, en ambos casos lo que pretendo es dar libertad a mis fantasias sin molestar a nadie , asi que pido disculpas si he profanado los misterios de la Termodinámica.

Mi fundamento teórico se basa en "movilizar" la masa, en lugar de la energía térmica, para generar el potencial necesario paar obtener trabajo mediante proceso isotérmico. Este sistema permite realizar su misión  a diversas temperaturas, tanto las mas elevadas , como las mas bajas  que permitan los materiales empleados en la construcción de las máquinas.¿ El misterio?: No existe "pozo frío"

Desaladora Ecológica

 

 Aqui de nuevo con otras ideas. Se trata de un esquema de bloques donde trato de demostrar , una vez más, la importancia de buscar el modo deobtener agua potable procedente del mar, mediante un ciclo de Osmosis Inversa sin que el precio de la energía sea un problema, de tal modo que utilizando el rechazo de los filtros se pueda generar trabajo suficiente para realizar la operación desaladora. Tambien es importante señalar  la baja salinidad del rechazo al operar con rendimiento del 25 % ya que en este caso al generar la energía de bombeo, el rendimiento no actua sobre el precio del agua permeada. Un rechazo de 44g/l mezclado con agua marina de 33g/l en porcentaje 1-0,75m3 nos daría un rechazo de 37,71g /L muy inferior a los derrames actuales. Por otra parte al estar ta justo en generación de trabajo se estudiaría hacer trabajar el sistema con más carga de moles aumentando presión y si es necesario trabajar a temperatura mas baja, aunque lógicamente la máquina requiere para esto último modificaciónes importantes pero asumibles. Tambíen sería posible aumentar temperatura de entrada en la turbina-compresor utilizando quemador de Biomasa ya que elevando a temperatura de 420ºK tendriamos suficiente, y además se generaría energía electrica para exportación.

Aquí sistema operando en otras condiciones. El primero de ellos, utilizando energía térmica de los alrededores, quedaría muy justo para la Osmosis Inversa. Por todo ello se introduce en el ciclo secundario (Ciclo cerrado de Nitrógeno) un quemador de Biomasa o Biogas, el rendimiento es óptimo ya que solo habra energía de escape por chimenea (10-12% ) 

Solución al almacenamiento energético

 Tenemos problemas para almacenar energía eléctrica, pero no para generarla a cualquier hora y en cualquier lugar del mundo, sobre todo cuando la "despensa" de energía térmica es practicamente inagotable, y los mares y océanos, contienen  una reserva infinita, bien como energía sensible o latente (formación de hielo). Si hay mucha demanda; máquina a galope, por el contrario si la demanda es baja la pondremos al trote ó al paso,  y solucionado el terrible problema. La energía térmica para transformar en trabajo la tenemos sin coste alguno durante todo el año , dia y noche, ese es nuestro almacen energético                                                 Nota: El cálculo de la potencia del sistema cilindro-pistón se basa en la realización de 200 ciclos/hora.El dibujo del cilindro-piston solo trata de representar el papel de máquina térmica, pero naturalmente un cilindro y pistón de esas dimensiones sería una obra excesivamente complicada, pero no imposible, en todo caso se estudiaría mejor metodo. En cualquier caso siempre será mas fácil de solucionar este problema que poner el famoso ITER en marcha. LLevar un plasma a elevadisimas temperaturas y enfriar para posteriormente mover un turbina de vapor es algo que no acabo de entender. La energía de fusión nuclear ya la tenemos almacenada en el gran colector que son los mares y océanos proporcionada por nuestro  Reactor de Fusión: El Sol

El Ártico en Murcia

 Aqui de nuevo con otra de mis ideas. Se trata de obtener agua potable sin necesidad de costosas instalaciones de Osmosis Inversa con sus filtros y demás cosas. Lo que se ve en la figura puede parecer cualquier cosa menos algo relacionado con lo que se pretende demostrar.

Resumiendo muchisimo lo que se quiere lograr es condensar un vapor (CO2) aprovechando la expansión isotérmica de un gas (Nitrógeno en este caso) e inyectar este fluido en una corriente de agua marina para cristalizar (hielo) y provocar empuje ascendente motivado por la evaporación súbita del CO2 líquido aumentado considerablente su volumen. Una vez logrado la formación de hielo y todo el CO2 se ha evaporado , este se separa de la corriente de salmuera mediante trampa , que aunque no se dibuja, los expertos en la materia saben perfectamente de que se trata. Una vez separado el vapor, este se dirije mediante previo lavado y secado al cilindro entrando por válvula de corredera. Los pistones especiales 1y 2 llevan un alma semirrigida para darles cierta dureza y su parte externa se compone de un polímero especial que le permite adaptarse perfectamente al cilindro ocasionando la perfecta oclusión y debil perdida de trabajo por fricción.

Descripcion de los dibujos:

 1- Pistón motriz, de diámetro 10m (una barbaridad, pero hay ir a lo grande) se desplaza 5m

  2- Pistón loco de 10m de diámetro y 5m de desplazamiento que tiene la misión de "cargar" la cámara B estando el pistón 1 en su punto muerto inferior siendo la presión del gas de 30 bar y temperatura de 220 ºK. La presión aumenta hasta los 60 bar al recibir el doble de moles, el pistón 1 se desplaza hacia la derecha manteniendo la presión constante (60 bar) penetrando el gas a través de válvula difusora montada en tabique separador de las dos cámaras y empuja al pistón 2 expulsando la salmuera que le ha servido de empuje en el proceson anterior, quedando en posición y carga a 60 bar para el próximo ciclo . La salmuera descargada es la que empuja al cilindro 1 entrando por detrás del pistón mediante válvula de corte que ha de cerrar cuando el pistón motriz retrocede. La salmuera que ha de ser rechazada se envía al próximo módulo , menos la que ha sido expulsada junto al hielo que la acompaña. El trabajo desarrollado por el gas en su expansión (Nitrógeno) considerandolo en estado ideal; que no lo está, y con un salto de presión 60-30 bar a temperatura de 220 ºK : W= n.R.T.Ln (V2/V1)= 1732490 (ciclo) x 200 ciclos/h=346498040/ 3600=96249 kW. Para obtener caudal CO2 líquido : 96249 x 860=82774531 Kcal/h dividido por el calor latente de vaporización a 220 ºK (80 Kcal/Kg =1034681 kilos CO2 líquido , introduciendo este líquido en una salmuera a temperatura de 285 ºK , tendríamos que extraer 90 Kcal/Kg para obtener un kilogramo de hielo; Realizados los cálculos se puede obtener unos :920 000 Kg hielo/h                                                                                                              Para el cálculo del número de moles con factor Z =1 : n= (6000000x390m3) /3,14x220 =       =1409638 mol. El trabajo de contrapresión (60-30 bar) sería en este caso de :                           (30 Kg/cm2) x (78,5 m2) x5 m =1153950 kJ X 200 ciclos /h =64 108 kW                               Trbajo neto= 96249 - 64130 =32119 kW. Al saltar a otros modulos instalados em serie la masa de empuje ( salmuera) permace constante, el volumen de cilindrada también permanece constante solo ha de variar número de moles y las presiones: (60-30)-(30-15)-(15-7,5 )  (7,5-1,85)  ................La relación de potencia = 64130/96249= 0,66 .......                  El quinto módulo : (0,66)^5=0,13.......0,13 x 96249=12512 kW y negativo (contrapresión)       =  64130 x 013=8336 kW. .......Para 10 módulos: (0,66)^10 =0,01.....x 96130=1507 kW...        Nada mas por hoy me falta entrenamiento , me fatigo y mi memoria falla bastante. ESto no es forma de presentar un trabajo de Termodinámica pero tienen que disculparme Gracias

 Toroidal Motor Térmico

Lamento comunicarles que después de analizar la idea del motor mostrado en la figura, me veo en la obligación de pedir disculpas por no haber sido mas escrupuloso en su estudio. Mi intención era ver la posibilidad de crear un motor térmico para montar en vehículo con una potencia de 20 kW, pero analizando todo el proceso me he dado cuenta que las dimensiones del evaporador y condensador tendrían que ser de dimensiones excesivas para un vehículo.

De todos modos si es posible hacerlo funcionar en lugar donde sus dimensiones no sean un problema. Les ruego me disculpen.

Aclarando algunas cosas:

 La raíz del ciclo Termodinámico está en como enfriar el flujo (CO2) que fluye a elevada velocidad por el interior del Toroide y lograr enfriarlo a presión constante hasta llegar al factor X= 0,8 y extraer 15 Kcal por kilogramo de CO2. Esta operación se lleva a cabo en el evaporador  mediante el agente frigorífico (CO2) que se evapora y se comprime en el compresor de donde sale con presión mas elevada para condensarse en  calentado el fluido a volumen constante . Se comprobará por medio de la figura (B)  que el enfriamiento (generación de rocío) y calentamiento a volumen constante tienen el mismo valor energético : 15 Kcal /Kg , pero estimando que la energía del trabajo compresor no debe volver por ese camino, se desvía mediante otra salida de una parte del flujo frigorífico hacia el condensador  que calienta el CO2 líquido procedente del flujo principal ( Flujo motriz del interior del Toroide) 

 En Eólica la energía Térmica vence a la Cinética

Aclarando un poco el tema lo interesante está en lograr el enfriamiento a 100ºK por expansión isotérmica del gas ( El mecanismo de entrega de la energía térmica) será cuestión de ingenio. Yo tengo mis propias ideas, pero no deseo cargar mas el dibujo. El sistema real tendría más volumen y masa así como presión mas elevada , pero para trabajar con Nitrógeno en lugar del Helio ó Hidrógeno hay un límite en la presión trabajando a 100 ºK. 

El citar a la energía eólica solo es para resaltar la gran diferencia entre utilizar energía térmica ó eólica de una masa en movimiento . En este caso los cálculos se basan en una masa de aire de 1,2 kg /m3 ( 41 mol /m3 /1 bar) (41 x 29,5 g /mol) =1209,5 gramos / m3. ( Capacidad calorífica a presión constante Cp= = 0,24 Kcal/ Kg .  

Producir energía eléctrica abundante y barata

 De nuevo por aquí dando la "tabarra" con el tema energético. No sé como debo hacer para que algún técnico o persona que entienda un poquito de termodinámica eche un vistazo a estos dibujos y me pueda poner colorado si observan gazapos o cualquier tipo de anomalía en el proceso que describo a través de un dibujo. Lógicamente soy consciente de que solo con dibujitos no es suficiente para detallar un sistema termodinámico como lo haría un ingeniero, pero mis conocimientos en la materia son limitados y probablemente necesito un profesor.

Lo expuesto pretende demostrar que es posible convertir en trabajo energía térmica entrando con un sistema cerrado en zona térmica criogénica . Crear un "hueco" térmico para obtener salto con rendimiento aceptable. Lo más relevante del sistema es procurar no generar calor en la zona de baja temperatura. No comprimir el gas de trabajo, solo actuar con fuerzas de empuje y obtener el diferencial de presiones trasladando masa a través de difusores para evitar expansiones bruscas del gas y no sobrepasar las velocidades de difusión de sus moléculas.  

La energía eléctrica es muy fácil de transportar, se puede convertir en calor, frío, fuerza, no es contaminante y allá donde se necesite el Hidrógeno puede obtenerse sin ningún problema, si la energía eléctrica es barata y abundante. Una estación de servicio puede obtener energía eléctrica para producir Hidrógeno y abastecer a los automóviles que utilicen este gas. Pueden incluso licuarlo para que ocupe poco espacio y gasificarlo al recargar el vehículo. Todo son ventajas. ACS , vitrocerámicas para desconectarse del Gas Natural y todos los servicios que necesitan luz y fuerza.  

Innovación en Ciclo Combinado 

(No hay derrame térmico a un foco frio)

Aquí presento un nuevo sistema de Ciclo Combinado donde no existe derrame térmico (Condensación vapor), en primer lugar por que no existe caldera ni turbina de vapor. Se cierra el ciclo de la turbina por medio de un sistema patentado que tiene como misión principal generar enfriamiento, transformando en trabajo la energía térmica extraída de una corriente de gas (Aire, Nitrógeno, Hidrógeno, Helio y otros gases) para situar el gas de trabajo en zona criogénica donde poder comprimir el gas con el menor trabajo posible, y así entrar en máquina generadora (Turbina de Gas) con baja temperatura. Esto permite que la temperatura más elevada que proporciona potencia ,tenga la base de apoyo (temperaturas de 800ºK) recirculando y no enviarla a un ciclo (vapor) donde tendremos un pozo frio y un fuerte derrame térmico (36%) . Esta perdida de energía supone un despilfarro tremendo tal como están las cosas con el precio de los carburantes.  Creo que no hace falta hacer números para saber que tiramos a las torres de enfriamiento millones de euros al año. El Ciclo Combinado tiene que seguir aquí mucho tiempo. Será la única garantía de tener energía eléctrica cuando sea necesaria. Ya iremos al Hidrógeno "verde que te quiero verde" cuando estemos preparados para utilizarlo masivamente, y que tengan en cuenta los "forofos" del Hidrógeno que es posible generar Kilovatios baratos de otro modo más sencillo y económico. Aquí en este blog he puesto algunos ejemplos pero nadie me hace caso, algunos que me visitan me dicen que no lo explico bien, quizás tengan razón, pero yo ya estoy viejo para realizar estudios mas exhaustivos .  

 

Desalación y energía eléctrica

 La desalación del agua de mar es hoy en día más importante que obtener el Hidrógeno verde, azul, o de cualquier color. Si el campo aquí en España queda sin agua , tendremos que plantar las lechugas en Siberia lo más cerca. Es necesario bajar el consumo de energía para desalar y si es posible , como se pretende con mi idea, generar energía eléctrica para exportar y obtener un beneficio que amortigüe el precio del carburante. Un Ciclo Combinado con turbina de gas y turbina de vapor sería ideal para conseguir el objetivo; el condensador de vapor vierte a los alrededores el 36% de la energía que entra en la Turbina de Gas. Aparte de ser un despilfarro, si tenemos en cuenta el coste del MW del Gas Natural, supone disponer de una energía abundante y prácticamente sin coste alguno, ya que es desechada,. Naturalmente se debe condensar a una temperatura razonable para obtener ganancia suficiente para la desalación ( 360 ºK) .También sería posible recuperar el calor gases de escape chimenea (420 ºK) mediante intercambiador -recuperador fabricado con el material apropiado ( agua ácida). 

Mas adelante expondré unas ideas sobre desalación "subterránea" . Un pozo y galería a 300-400m de profundidad donde se instalaran los equipos de Osmosis Inversa y bombas para el permeado que es depositado el sentina situada bajo galería. Esta instalación permite no utilizar bombas de alta presión y disponer de aceleradores de flujo que ocasionan mas velocidad a igual presión manteniendo limpia la membrana de Osmosis, y quizás lo más importante sería conseguir baja salinidad relativa en el rechazo:(42 g/l ) .

 Central eléctrica y Desaladora:

Aquí se muestra la combinación perfecta: Desaladora por Osmosis Inversa y Central Eléctrica. La base del funcionamiento es conseguir un flujo frío (150-200 ºK) .Transformar en trabajo la energía térmica extraída, y realizar un ciclo termodinámico donde se "organizan" diferentes fases del mismo, dando como resultado, que el ciclo requiera energía exterior para su desarrollo. 

En este caso se pretende producir 150 m3 /hora agua potable y 180 kW de potencia eléctrica, que puede exportarse o consumir en planta, sin olvidarnos del gas de moda; el Hidrógeno "verde que te quiero verde".

En cuanto a la Osmosis Inversa se parte de 600 m3 /hora de agua de mar a 30 bar de presión y rendimiento en permeado del 25%. para de este modo conseguir una salmuera de rechazo baja en Cloruro Sódico (44 g/l ). Soy consciente de que con solo esta información no es suficiente para entender el funcionamiento del sistema, así que si alguna persona está interesada por esto dejo mi e-mail en el dibujo.