Motor Vortex Atmosférico – Twister Power

Fig. 1: Imagem mostrando Louis Michaud com o protótipo LM 3 AVE

Sempre que ouvimos a palavra “Tornado” pensamos em destruição e catástrofe. Mas, para um homem, significava: “Como posso gerar energia com isso?” Faz sentido. A maioria dos métodos de geração de energia em grande escala envolve direta ou indiretamente peças rotativas e os tornados possuem uma enorme quantidade de energia cinética rotacional. Portanto, se pudéssemos criar um tornado e aproveitar a sua energia cinética, ele efetivamente nos forneceria uma fonte limpa de energia (desde que controlada). Geralmente os tornados são causados ​​pela presença de um grande gradiente de temperatura presente na atmosfera. A atmosfera inferior é aquecida pelo solo e as camadas superiores permanecem frias e como o ar quente é mais leve, ele subirá criando uma corrente de ar. Isso fornece o vetor ascendente e também há movimentos laterais e laterais do vento causados ​​pela rotação da Terra. Isso causa a formação de um vórtice que sobe. Em comparação com a energia hidroeléctrica, elevar uma unidade de massa de ar quente da base para o topo da troposfera pode produzir a mesma quantidade de energia produzida por uma unidade de massa de água com uma altura manométrica potencial de 1000 m.

Então, para recriar tal condição, o inventor canadense Louis Michaud projetou uma máquina que criaria um tornado controlado e aproveitaria sua energia cinética devido à mistura convectiva para gerar eletricidade, o “Motor de Vórtice Atmosférico (AVE)”. Neste artigo aprenderemos sobre esta máquina e como ela funciona.

1. Como funciona?

Figura 2: Imagem gráfica explicando várias partes de um motor Vortex atmosférico

O conceito básico subjacente é a distribuição da temperatura na atmosfera. A atmosfera é uma fronteira entre a terra sólida da Terra e o vácuo frio do espaço sideral. É, portanto, aquecido pela terra (que é aquecida pelo sol) e resfriado pelo frio espaço exterior. Portanto, a atmosfera passa de uma temperatura quente na parte inferior e diminui à medida que subimos. Esta temperatura é um estudo estático da transferência de calor. Porém, um gradiente de temperatura nos fluidos causa uma mistura constante. Isto se deve à relação direta entre temperatura e volume, ou seja, à medida que a temperatura aumenta, faz com que o fluido se expanda (aumente de volume). Quando o volume aumenta, a densidade diminui e, portanto, o gás torna-se mais leve e exerce uma força de empuxo na parte superior da atmosfera fria. Quando esta força se torna maior que a pressão descendente das outras camadas, causa uma mistura de convecção térmica entre os elementos quentes e frios. Geralmente os tornados se formam quando a diferença de temperatura é de cerca de 20⁰C entre o ar terrestre e o ar presente acima causando células rotacionais vigorosas.

No motor de vórtice atmosférico, o ar é inicialmente aquecido em uma câmara cilíndrica concêntrica e introduzido tangencialmente na área central. O calor necessário para sustentar o vórtice pode ser obtido de várias fontes, como calor residual industrial, concentradores solares, água morna do mar, fontes termais, etc., e pode ser transferido para o ar que entra através de um trocador de calor. Torres de resfriamento (tipo Natural Draft) presentes nas indústrias podem substituir os trocadores de calor de um AVE. O calor residual industrial dos gases de combustão quentes pode transferi-lo para o ar atmosférico que entra tangencialmente. Segundo cálculos de Louis Michaud, uma torre de resfriamento com diâmetro de base de 200m poderia produzir um tornado com diâmetro de 50m na ​​base e se estender até o topo da troposfera. Isso poderia produzir 50 a 500 MW de energia.

Depois de ser aquecido por múltiplos trocadores de calor periféricos, o ar quente entra a uma pressão subatmosférica através dos dutos tangenciais de entrada de ar na área central que é chamada de arena. A vazão pode ser controlada por restritores de vazão variáveis ​​presentes a montante da seção periférica de resfriamento ou nos dutos de entrada tangencial. A arena é coberta por uma cobertura anular com uma abertura circular central que ajuda o ar que entra a convergir e formar um vórtice. Em relação às dimensões, a abertura do telhado pode ser de cerca de 30% da parede cilíndrica, o diâmetro do vórtice pode ser de 10% a 50% do diâmetro da abertura do telhado, a altura da arena é de 30% do seu diâmetro e a entrada tangencial a altura é metade da altura da arena. O piso da arena pode ser irregular para otimizar a mistura no vórtice. Como precisamos de um tornado controlado, a vazão do ar aquecido pode ser restringida para reduzir a velocidade de rotação do vórtice. A energia rotacional poderia ser transferida para turbinas que coletam a energia através da expansão do gás para girar as pás que giram um gerador elétrico.

Fig. 3: Diagrama de seção transversal de um motor vórtice atmosférico

Torres de resfriamento geralmente estão presentes em usinas termelétricas para despejar o excesso de calor na atmosfera. Uma usina que produz 500 MW de energia expele quase 1.000 MW de energia como calor residual. Acoplar uma torre de resfriamento de tiragem natural com um motor de vórtice aumentaria a potência da usina para 700 MW, economizando, portanto, 20% do calor desperdiçado (200 MW em 1.000 MW) e aumentando a produção de energia em 40% (500 MW a 700 MW). Esses vórtices poderiam potencialmente subir até 15 km na atmosfera.

Resultados do protótipo

1. Resultados do protótipo

O conceito foi testado para confirmar a formação de vórtices utilizando um protótipo feito de compensado com 100 cm de diâmetro e 60 cm de altura. Tinha 8 defletores de entrada tangenciais e o ar era aquecido a 20⁰C e feito para entrar em uma arena de 30cm de altura. Para visualizar o vórtice, foram utilizados emissores de fumaça. O vórtice parecia um mini tornado e se estendia até 200 cm acima do telhado. O diâmetro do telhado era de 30 cm e o diâmetro da base do tornado era de 10 cm. Um modelo CFD do vórtice formado (usando o software FLUENT) é mostrado abaixo.

Figura 4: Figura mostrando o protótipo LM 3

Fig. 5: Modelo CFD do vórtice formado dentro do motor de vórtice atmosférico

1. Preocupações de segurança

A maior preocupação que alguém tem é a formação de um tornado descontrolado que se deslocará lateralmente para fora da plataforma do motor. Michaud afirma que esta possibilidade é altamente improvável, uma vez que o tornado está sendo alimentado apenas pelo ar dos dutos tangenciais e, portanto, desaparecerá se o fluxo for interrompido. Haverá múltiplas redundâncias para restringir o fluxo presente em vários locais. Ele diz que isso seria um pouco semelhante às diversas medidas de segurança em vigor nas usinas nucleares para evitar o colapso das usinas.

Na verdade, é possível utilizar AVEs para aumentar a segurança contra tornados que ocorrem naturalmente, extraindo o calor ambiente e evitando a formação de um grande gradiente de temperatura.

2. O futuro do AVE

Louis Michaud saiu da aposentadoria para reiniciar sua aventura criando uma fonte alternativa inovadora de energia através do AVE que foi patenteado no ano de 2005 em Ontário, Canadá. Mais tarde fundou a empresa AVEtec que está sendo financiada pela Thiel Organization pelo cofundador do PayPal, Peter Thiel. Breakout Labs, uma filial da Organização Thiel, fundada em 2011, considerou o AVEtec um candidato viável para receber uma doação de US$ 300.000 para trabalhar em sua pesquisa AVE. Em parceria com o Lambton College em Ontário, Michaud e a sua equipa estão a construir um grande protótipo capaz de produzir um vórtice de 26 metros de largura e 100 metros de altura que funciona para rodar uma turbina de 1 metro no seu campus para demonstrar o potencial de produção de energia do AVE.

Antes de mudar para uma fonte de energia completamente verde, tem de haver uma fase de transição e o AVE pode ser a resposta sobre como passar dos combustíveis fósseis para uma energia completamente livre de poluição. O AVE, juntamente com centrais de combustíveis fósseis ou tecnologias verdes limpas (centrais nucleares, reactores de fusão, geradores solares, energia oceânica, etc.) poderia aumentar a produtividade das centrais, bem como reduzir em grande medida a procura de combustíveis fósseis, ao mesmo tempo que atender às necessidades energéticas das pessoas do planeta e muito mais.

Figura 6: Protótipo LFS de motor de vórtice atmosférico no Lambton College

Fig. 7: Imagem de Breakout Labs localizados em Ontário, Canadá