Ideas
Mi subversivo intenta hacer algo útil.
La máquina de matriz rotativa de pistón
- Motor de diferencia de temperatura de aire-mar
- Generador de energía Solarthermal
El motor Stirling de Rotación
La bomba de olas
Motor de calor sin compresor
Plataforma de tienda portátil
La máquina de matriz rotativa de pistón
El conjunto de pistón rotativo (RPA) es la máquina posiblemente más compacta y más elegante para transformar el cambio volumétrico de gas en el trabajo del eje y viceversa. Se puede usar como motor neumático, motor de vapor, compresor de gas, bomba de vacío y similares, pero también como parte de nuevos motores de combustión o calor que, como el motor Stirling, abren nuevas formas de cosechar energía renovable. Otros posibles usos son la refrigeración y el aire acondicionado.
La idea se ha pasado por alto durante al menos 110 años, como indican algunas patentes anteriores, y parece haberse reinventado varias veces (por ejemplo, DE131392, DE19738132, FR1199521, US2410341). La patente más antigua que conozco es de Adolf Wünsche de 1901.
La máquina comprende una matriz de rotores retorcidos de forma similar con ejes paralelos. Los rotores constituyen las paredes de las cavidades selladas o cámaras de trabajo, que se mueven axialmente desde un extremo del conjunto al otro en respuesta a la rotación sincronizada del rotor. Las cavidades pueden cambiar su volumen durante su viaje y de ese modo comprimir o expandir el aire encerrado. Los rotores no se tocan entre sí para evitar el desgaste y la fricción, pero los espacios son lo suficientemente estrechos como para mantener la pérdida de gas despreciable por encima de una determinada velocidad de rotación. A continuación se muestra un compresor de aire RPA simple con seis rotores que se muestran en tres secciones diferentes. Observe cómo las cavidades se desarrollan y se mueven y cambian su volumen y finalmente desaparecen.
Una de mis propias contribuciones es el mecanismo de sincronización que se muestra a continuación, los anillos de sincronización. Los anillos ruedan uno sobre el otro con muy poca fricción. La imagen también muestra uno de mis otros inventos, a saber, las válvulas giratorias donde surgen las burbujas de aire. Aseguran un sellado óptimo a la vez que son robustos frente a la dilatación térmica de las piezas de la máquina.
Motor de diferencia de temperatura de aire-mar
El RPA se puede usar de varias maneras para convertir las diferencias de temperatura en electricidad. Una tecnología no tan sencilla es el siguiente motor térmico de ciclo Brayton con dos RPA, que utiliza aire atmosférico como fluido de trabajo. Esto funcionará incluso en situaciones donde la tecnología de vapor convencional falla o no paga.
La máquina es análoga a un motor a reacción, pero las turbinas del compresor y del expansor son reemplazadas por las RPA, y el quemador es reemplazado por un tubo submarino largo, que constituye un intercambiador de calor en el agua del mar. Comparado con una turbina, el RPA tiene menos y menos partes complejas. La máquina correrá en ambas direcciones, cuando el aire es más cálido que el agua, pero también cuando hace más frío.
Dependiendo de la ubicación y la temporada, a menudo se pueden observar diferencias de temperatura de 5 a 15 K o más. Bajo tales condiciones, la eficiencia de conversión es solo un pequeño porcentaje. Pero, por otro lado, la cantidad de calor contenido en el mar y la atmósfera es tan grande, que estos pocos porcentajes pueden ser muchos y la energía es gratuita. La máquina será rentable si los tubos son lo suficientemente baratos.
Un motor Stirling de potencia dada es el más grande, menor es la diferencia de temperatura. Y necesita ser grande como un todo, con grandes pistones y cilindros y todo. Tal vez demasiado grande y caro para esta aplicación. Y necesitaría algún dispositivo extra para extraer el calor del agua. En contraste, lo único que se vuelve grande en la máquina RPA es el tubo intercambiador de calor, que también recoge el calor. Una gran ventaja.
El motor térmico RPA también puede ser útil para recuperar el calor residual de todo tipo de procesos industriales.
Generador de energía Solarthermal
El mismo motor de calor RPA que el anterior puede convertir la radiación solar en electricidad. Solo el intercambiador de calor es reemplazado por un tubo absorbente, en el que la luz del sol se concentra mediante un filtro parabólico.
El motor Stirling de Rotación
Este es un motor Stirling basado en el RPA. Las secciones medias de los rotores están dentro de un horno, están calientes. Los extremos de los rotores están afuera y son fríos.
Los rotores mostrados transparentemente pueden, pero no necesitan estar hechos de cuarzo fundido. El cuarzo fundido casi no tiene expansión térmica. Los rotores son en realidad tubos huecos aplastados.
Entre los rotores hay aire cerrado. Cuando los rotores orbitan, el aire cerrado oscila entre las secciones caliente y fría, y también se comprime y expande. Realiza un proceso de Stirling y genera una potencia útil.
El diseño novedoso supera un grave inconveniente de los motores Stirling convencionales, a saber, la transferencia de calor ineficiente hacia y desde el gas de trabajo por conducción en intercambiadores de calor. El RPA no tiene este problema porque transporta calor al almacenarlo de manera intermedia en sus superficies móviles, que alternativamente están en contacto tanto con el gas de trabajo como con la atmósfera circundante. Los materiales que se utilizarán ya no son necesarios para ser buenos conductores de calor, sino que pueden ser mejores para soportar altas temperaturas, lo que a su vez permite lograr mejores eficiencias térmicas con la máquina. Además, uno puede esperar que el control de potencia sea más fácil.
El Motor Stirling de Rotación es compacto y ligero. Sus engranajes se pueden hacer con una fresadora 3D, y también lo pueden hacer los moldes para los rotores.
Más información está en los documentos a continuación. Las patentes están pendientes.
Stirlingmotor_mit_umlaufenden_Drehkolben.pdf (alemán) ...
Drehkolben-Stirlingmotor_mit_dynamischer_Abdichtung_und_dynamischer_Aufladung.pdf (alemán) ...
Ofen_fuer_einen_Drehkolben-Stirlingmotor.pdf (alemán) ...
La bomba de olas
Esta es una bomba de drenaje impulsada por olas sin partes móviles. Puede fabricarse a bajo costo en concreto y puede ser útil donde el nivel del mar está subiendo.
El dispositivo mostrado bombea agua de lluvia desde abajo del nivel del mar (olas pequeñas) hacia el mar (olas grandes). El lado izquierdo es una cámara de olas de tipo OWC cuya presión de aire oscilante impulsa la cascada de pozos artesianos en el lado derecho. Dadas suficientes cuencas y una gran cámara de olas, el agua puede, en principio, subir a cualquier altura.
Junto con una turbina de agua, la bomba de olas puede usarse para la generación de energía eléctrica. Mientras más alta se bombea el agua, más pequeña puede ser la turbina. Esta es una ventaja sobre otras tecnologías de energía de olas como el canal cónico, que puede elevar el agua solo a una altura limitada. Otra ventaja es que la bomba de olas puede elevar el agua dulce, en un circuito cerrado, que es menos corrosivo para la turbina que el agua de mar.
Más información está en los documentos a continuación. La patente está pendiente.
Wellenpumpe_mit_nichtlinearem_Luftspeicher.pdf (alemán) ...
Debajo de una imagen de probar un prototipo:
Aquí hay un video:
wpum_209.mov (37 MB, QuickTime, mejor) ...
wpum_209.avi (25 MB, Windows Media) ...
wpum_209.mpg (8.4 MB, pequeño) ...
He probado un prototipo de bomba de olas en el Centro de Investigación Hidráulica y Marítima (HMRC) en Cork, Irlanda, con financiación de MARINET. Un informe detallado está aquí:
Wave_Pump_Optimization_Study.pdf ...
A continuación se muestran algunas imágenes.
Mis últimos diseños se ven así:
