Fig. 1: Imagen que muestra a Louis Michaud con el prototipo LM 3 AVE
Siempre que escuchamos la palabra “Tornado” pensamos en destrucción y catástrofe. Pero para un hombre significaba: "¿Cómo puedo generar energía con esto?" Tiene sentido. La mayoría de los métodos de generación de energía a gran escala implican piezas que giran directa o indirectamente, y los tornados poseen una enorme cantidad de energía cinética rotacional. Por lo tanto, si pudiéramos crear un tornado y aprovechar su energía cinética, efectivamente nos proporcionaría una fuente limpia de energía (siempre que esté controlada). Generalmente los tornados son causados por la presencia de un gran gradiente de temperatura presente en la atmósfera. La atmósfera inferior es calentada por el suelo y las capas superiores permanecen frías y, a medida que el aire caliente es más ligero, se elevará creando una corriente de aire. Esto da el vector ascendente y también hay movimientos laterales y laterales del viento provocados por la rotación de la Tierra. Esto provoca la formación de un vórtice que se eleva. En comparación con la energía hidroeléctrica, elevar una unidad de masa de aire caliente desde la base hasta la cima de la troposfera puede producir la misma cantidad de energía que una unidad de masa de agua con una altura potencial de 1000 m.
Entonces, para recrear tal condición, el inventor canadiense Louis Michaud diseñó una máquina que crearía un tornado controlado y aprovecharía su energía cinética debida a la mezcla convectiva para generar electricidad, el “Motor de Vórtice Atmosférico (AVE)”. En este artículo aprenderemos sobre esta máquina y cómo funciona.
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¿Como funciona?
Figura 2: Imagen gráfica que explica varias partes de un motor Vortex atmosférico
El concepto básico subyacente es la distribución de la temperatura en la atmósfera. La atmósfera es un límite entre la tierra sólida de la Tierra y el frío vacío del espacio exterior. Por lo tanto, es calentado por la Tierra (que a su vez es calentado por el Sol) y enfriado por el frío espacio exterior. Por tanto, la atmósfera pasa de una temperatura caliente en la parte inferior y va disminuyendo a medida que subimos. Esta temperatura es un estudio estático de la transferencia de calor. Sin embargo, un gradiente de temperatura en los fluidos provoca una mezcla constante. Esto se debe a la relación directa entre temperatura y volumen, es decir, al aumentar la temperatura provoca que el fluido se expanda (aumente de volumen). Cuando aumenta el volumen, la densidad disminuye y por tanto el gas se vuelve más ligero y ejerce una fuerza de flotación en la parte superior de la atmósfera fría. Cuando esta fuerza se vuelve mayor que la presión hacia abajo de las otras capas, provoca una mezcla de convección térmica entre los elementos fríos y calientes. Los tornados generalmente se forman cuando la diferencia de temperatura es de aproximadamente 20 0 C entre el aire terrestre y el aire presente arriba, lo que provoca vigorosas células rotacionales.
En el motor de vórtice atmosférico, primero se calienta aire en una cámara cilíndrica concéntrica y se introduce tangencialmente en la zona central. El calor necesario para sostener el vórtice se puede obtener de diversas fuentes, como calor residual industrial, concentradores solares, agua de mar tibia, fuentes termales, etc., y se puede transferir al aire entrante a través de un intercambiador de calor. Las torres de refrigeración (tipo Tiro Natural) presentes en las industrias pueden sustituir a los intercambiadores de calor de un AVE. El calor residual industrial de los gases de combustión calientes puede transferirlo al aire atmosférico entrante tangencialmente. Según los cálculos de Louis Michaud, una torre de refrigeración con un diámetro de base de 200 m podría producir un tornado con un diámetro de 50 m en la base y que se extendería hasta la cima de la troposfera. Esto podría producir entre 50 y 500 MW de potencia.
Después de ser calentado por múltiples intercambiadores de calor periféricos, el aire caliente ingresa a una presión subatmosférica a través de conductos de entrada de aire tangenciales hacia el área central llamada arena. El caudal puede controlarse mediante limitadores de flujo variables presentes aguas arriba de la sección de refrigeración periférica o en los conductos de entrada tangenciales. La arena está cubierta por un techo anular con una abertura circular central que ayuda al aire entrante a converger y formar un vórtice. En cuanto a las dimensiones, la abertura del techo puede ser aproximadamente el 30 % de la pared cilíndrica, el diámetro del vórtice puede ser del 10 % al 50 % del diámetro de la abertura del techo, la altura de la arena es el 30 % de su diámetro y la altura de la entrada tangencial es la mitad de la altura. de la arena. El suelo de la arena puede ser desigual para optimizar la mezcla en el vórtice. Como necesitamos un tornado controlado, se puede restringir el flujo de aire caliente para reducir la velocidad de rotación del vórtice. La energía rotacional podría transferirse a turbinas que recolectan la energía expandiendo el gas para hacer girar las palas que hacen girar un generador eléctrico.
Fig. 3: Diagrama de sección transversal de un motor de vórtice atmosférico
Las torres de refrigeración suelen estar presentes en las centrales térmicas para liberar el exceso de calor a la atmósfera. Una planta que produce 500 MW de energía expulsa casi 1.000 MW de energía como calor residual. Acoplar una torre de refrigeración de tiro natural con un motor de vórtice aumentaría la producción de la planta a 700 MW, ahorrando así un 20% del calor desperdiciado (200 MW de 1.000 MW) y aumentando la producción de energía en un 40% (500 MW a 700 MW). . Estos vórtices podrían potencialmente elevarse hasta 15 kilómetros en la atmósfera.
Resultados del prototipo
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Resultados del prototipo
El concepto se probó para confirmar la formación de vórtices utilizando un prototipo de madera contrachapada de 100 cm de diámetro y 60 cm de altura. Tenía 8 deflectores de entrada tangenciales y el aire se calentaba a 20 0 C y se hacía entrar en una arena de 30 cm de altura. Para visualizar el vórtice se utilizaron emisores de humo. El vórtice parecía un mini tornado y se extendía hasta 200 cm por encima del techo. El diámetro del techo era de 30 cm y el diámetro de la base del tornado era de 10 cm. A continuación se muestra un modelo CFD del vórtice formado (usando el software FLUENT).
Figura 4: Figura que muestra el prototipo LM 3
Fig. 5: Modelo CFD del vórtice formado dentro del motor de vórtice atmosférico
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Preocupaciones de seguridad
La mayor preocupación que cualquiera tiene es la formación de un tornado incontrolado que se moverá lateralmente fuera de la plataforma del motor. Michaud dice que esta posibilidad es muy improbable ya que el tornado sólo es impulsado por el aire de los conductos tangenciales y, por lo tanto, desaparecerá si se detiene el flujo. Habrá múltiples redundancias para restringir el flujo presente en varios lugares. Dice que esto sería algo similar a las diversas medidas de seguridad implementadas en las plantas nucleares para evitar fusiones.
De hecho, es posible utilizar AVE para aumentar la seguridad contra los tornados naturales extrayendo el calor ambiental y evitando la formación de un gran gradiente de temperatura.
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El futuro del AVE
Louis Michaud salió de su jubilación para reiniciar su aventura creando una innovadora fuente de energía alternativa a través del AVE que fue patentada en el año 2005 en Ontario, Canadá. Posteriormente fundó la empresa AVEtec, que está financiada por la Organización Thiel por el cofundador de PayPal, Peter Thiel. Breakout Labs, una rama de la Organización Thiel fundada en 2011, consideró a AVEtec un candidato viable para recibir una subvención de 300.000 dólares para trabajar en su investigación sobre AVE. En colaboración con el Lambton College de Ontario, Michaud y su equipo están construyendo un gran prototipo capaz de producir un vórtice de 26 metros de ancho y 100 metros de alto que funciona para hacer girar una turbina de 1 metro en su campus para demostrar la energía del AVE. potencial de producción.
Antes de pasar a una fuente de energía completamente verde, tiene que haber una fase de transición y el AVE podría ser la respuesta sobre cómo pasar de los combustibles fósiles a una energía completamente libre de contaminación. El AVE, junto con plantas de combustibles fósiles o tecnologías verdes limpias (plantas nucleares, reactores de fusión, generadores solares, energía oceánica, etc.) podrían aumentar la productividad de las plantas, así como reducir en gran medida la demanda de combustibles fósiles, al tiempo que se cubre el consumo energético. necesidades de las personas en el planeta y mucho más.
Figura 6: Prototipo de motor de vórtice atmosférico LFS en Lambton College
Fig. 7: Imagen de Breakout Labs ubicado en Ontario, Canadá