El concepto de motor de vórtice o motor de vórtice atmosférico ( AVE ), propuesto independientemente por Norman Louat [1] y Louis M. Michaud, [2] pretende sustituir las grandes chimeneas físicas por un vórtice de aire creado por un motor más corto y menos costoso. estructura. El AVE induce vorticidad a nivel del suelo, lo que da como resultado un vórtice similar a una tromba terrestre o marina de origen natural .
La patente de Michaud afirma que la aplicación principal es que el flujo de aire a través de las rejillas de la base impulsará turbinas de aire de baja velocidad, generando un veinte por ciento de energía eléctrica adicional a partir del calor que normalmente desperdician las centrales eléctricas convencionales. Es decir, la principal aplicación propuesta del motor de vórtice es como un " ciclo de fondo " para grandes centrales eléctricas que necesitan torres de refrigeración.
La aplicación propuesta por Louat en sus reivindicaciones de patente es proporcionar una alternativa menos costosa a una torre de corriente ascendente solar física . En esta aplicación, el calor lo proporciona una gran superficie de terreno calentada por el sol y cubierta por una superficie transparente que atrapa el aire caliente, a modo de invernadero . Un vórtice se crea desviando paletas colocadas en un ángulo relativo a la tangente del radio exterior del colector solar . Louat estimó que el diámetro mínimo del colector solar tendría que ser de más de 44 metros para poder recolectar "energía útil". Una propuesta similar es eliminar la cubierta transparente. [3] Este esquema impulsaría el vórtice de la chimenea con agua de mar cálida o aire cálido desde la capa superficial ambiental de la tierra. En esta aplicación, la aplicación se parece mucho a un remolino de polvo con una turbina de aire en el centro.
Desde el año 2000, los investigadores croatas Ninic y Nizetic (de la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Mecánica y Arquitectura Naval de la Universidad de Split ) también han desarrollado esta tecnología [4] y han patentado patentes. [5] [6]
El equipo de investigación solar de la Universiti Teknologi PETRONAS (UTP), Malasia, encabezado por el Prof. Hussain H. Al-Kayiem, desarrolló el primer prototipo experimental de una tecnología de generación de energía de vórtice solar (SVPG) que utiliza energía solar como fuente de calor. [7] Luego, el prototipo básico fue sometido a una serie de desarrollos y mejoras de rendimiento mediante la integración con almacenamiento sensible de energía térmica (TES) y modificaciones en el diseño del generador de vórtice. El equipo llevó a cabo y publicó una evaluación experimental, análisis teórico y simulaciones computacionales del SVPG y recopiló los hallazgos en un libro que resume los fundamentos de esta tecnología. [8]
(aplicable principalmente a la patente Michaud)
En funcionamiento, el vórtice expulsa centrípetamente aire externo más pesado y frío (37) y, por lo tanto, forma una gran chimenea de aire caliente (35) de baja presión. Utiliza alrededor del veinte por ciento del calor residual de una central eléctrica para impulsar el movimiento del aire. Dependiendo del clima, una estación grande puede crear una chimenea virtual de 200 ma 15 km de altura, ventilando eficientemente el calor residual de la planta de energía hacia una atmósfera superior más fría con una estructura mínima.
El vórtice se inicia encendiendo brevemente un calentador difuso (83) y accionando eléctricamente las turbinas (21) como ventiladores. Esto mueve aire ligeramente calentado hacia la arena del vórtice (2). El aire debe tener sólo una ligera diferencia de temperatura porque las grandes diferencias de temperatura aumentan la mezcla con el aire ambiente frío y reducen la eficiencia. El calor puede provenir de los gases de combustión, de los gases de escape de las turbinas o de pequeños calentadores de gas natural.
El aire en la arena se eleva (35). Esto atrae más aire (33, 34) a través de las rejillas de dirección (3, 5), lo que provoca que se forme un vórtice (35). En las primeras etapas, el flujo de aire externo (31) se restringe lo menos posible abriendo las rejillas externas (25). La mayor parte de la energía térmica se utiliza al principio para iniciar el vórtice.
En la siguiente etapa de arranque, el calentador (83) puede apagarse y las turbinas (21) pueden ser desviadas por las rejillas (25). En este momento, el calor a baja temperatura procedente de una central eléctrica externa impulsa la corriente ascendente y el vórtice a través de una torre de refrigeración transversal convencional (61).
A medida que el aire sale de las rejillas (3, 5) más rápidamente, el vórtice aumenta de velocidad. El impulso del aire provoca fuerzas centrífugas sobre el aire en el vórtice, que reducen la presión en el vórtice y lo estrechan aún más. Al estrecharse aún más, la velocidad del vórtice aumenta a medida que la conservación del impulso hace que gire más rápido. La velocidad de giro está determinada por la velocidad del aire que sale de las rejillas (33, 34) y el ancho de la pista (2). Una arena más amplia y una velocidad de rejilla más rápida provocan un vórtice más rápido y estrecho.
El aire caliente (33, 34) procedente de la torre de refrigeración transversal (61) entra en la arena de vórtice de hormigón (2) a través de dos anillos de rejillas de dirección (3, 5, altura exagerada para mayor claridad) y asciende (35). El anillo superior de rejillas (5) sella el extremo de baja presión del vórtice con una cortina de aire gruesa y de velocidad relativamente alta (34). Esto aumenta sustancialmente la diferencia de presión entre la base del vórtice (33) y el aire exterior (31). A su vez, esto aumenta la eficiencia de las turbinas de potencia (21).
El anillo inferior de rejillas (3) transporta grandes masas de aire (33) casi directamente al extremo de baja presión del vórtice. El anillo inferior de rejillas (3) es crucial para obtener flujos másicos elevados, porque el aire que sale de ellos (33) gira más lentamente y, por lo tanto, tiene fuerzas centrípetas más bajas y una presión más alta en el vórtice.
Turbinas impulsadas por aire (21) en estrechamientos en la entrada de la torre de enfriamiento (61) accionan motores-generadores eléctricos. Los generadores comienzan a funcionar solo en las últimas etapas del arranque, ya que se forma una fuerte diferencia de presión entre la base de la arena del vórtice (33) y el aire exterior (31). En este momento, las rejillas de derivación (25) están cerradas. .
La pared (1) y el tope (85) retienen la base del vórtice (35) en vientos ambientales protegiendo el movimiento de aire a baja velocidad (33) en la base de la arena y suavizando el flujo de aire turbulento. La altura de la pared (1) debe ser de cinco a treinta veces la altura de las rejillas (3, 5) para retener el vórtice en condiciones normales de viento.
Para gestionar la seguridad y el desgaste de la arena (2), la velocidad máxima planificada de la base del vórtice (33) es cercana a 3 m/s (10 pies/s). El vórtice resultante debería parecerse más a un gran y lento remolino de agua nebulizada que a un violento tornado. En áreas deshabitadas, se podrían permitir velocidades más rápidas para que el vórtice pueda sobrevivir en vientos ambientales más rápidos.
La mayoría de los elementos numerados sin nombre son un sistema de rejillas internas y bombas de agua para controlar las velocidades del aire y el calentamiento cuando arranca el motor.
En los primeros estudios no estaba del todo claro que esto pudiera ser factible debido a la perturbación del vórtice por el viento cruzado. [9] [10] Esto motivó estudios posteriores con validación empírica en túnel de viento del modelo CFD, que concluyen: "Las simulaciones a escala real sometidas a viento cruzado muestran que la capacidad de generación de energía no se ve afectada por los vientos cruzados". [11]
Michaud ha construido un prototipo en Utah con su colega Tom Fletcher. [12]
Además, según la solicitud de patente de Michaud, el diseño se creó inicialmente como prototipo con un "remolino de fuego" de 50 cm propulsado por gasolina.
El laboratorio del túnel de viento de la Universidad de Western Ontario, a través de una inversión inicial del Centro de Energía de la OCE, está estudiando la dinámica de una versión de un metro del motor de vórtice de Michaud. [13]
Breakout Labs del fundador de PayPal, Peter Thiel, patrocinó una prueba AVE con una subvención de 300.000 dólares (2012). [14] Los resultados preliminares (2015) se publicaron en The Atlantic. [15]
El término «motor Vortex» también se refiere a un nuevo tipo de motor de combustión interna. [dieciséis]
