Atmospheric Vortex Engine

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Cuando el calor es transportado hacia lo alto de la atmósfera, hay un potencial para producir energía mecánica. Se propone un medio para poner en marcha un vortice del tipo tornado y de concentrar la energía mecánica generada de manera que ella pueda ser capturada. La existencia de tornados demuestra que la energía solar recibida a baja intensidad puede producir energía mecánica de alta concentración. Debería ser posible de aprender a controlar un proceso natural.

Un motor de vortice atmosférico es una maquina para producir y controlar un vortice del tipo tornado. La maquina consiste de una pared cilíndrica abierta por el tope con entradas tangenciales en la parte inferior. El vortice se pone en marcha el calentar el aire en el interior del cilindro bien sea con carburante o con vapor. Una vez puesto en operación, el calor es suministrado por medio de una torre de enfriamiento (calentamiento del aire, en este caso) periférico situada al exterior de la pared cilíndrica. La fuente continua de calor puede bien ser el calor desechado por un proceso industrial, bien el calor contenido dentro del agua de un mar cálido, o bien el calor que ya se encuentra en el aire húmedo de la capa mas baja de la atmósfera.

Una central AVE (Atmospheric Vortex Engine) podría alcanzar una potencia eléctrica de 200 MW; la pared cilíndrica puede llegar a tener una altura de 100 m y un diámetro de 400 m. El vortice tendría un diámetro de 50 m en su base, el cual aumentaría progresivamente, y una altura de 20 km. La intensidad del vortice se controla al limitar la cantidad de aire que entra a la pared cilíndrica mediante amortiguadores situadas en frente los deflectores. El vortice puede ser parado al limitársele el flujo de aire caliente a través de deflectores de orientación directa, y al dejar pasar una corriente de aire no calendado a través de otros deflectores orientados para dirigir la circulación en el sentido contrario. La energía eléctrica se produce en las turbinas axiales situadas entre las entradas exteriores de aire y los deflectores. La presión en la parte baja del vortice es menor que la presión ambiental, debido a que la densidad del aire que asciende es menor que la del aire del entorno. La presión en el interior de las torres de enfriamiento es menor que la presión del entorno debido a que el aire que sale de las mismas entra la base del vortice. El principio termodinámico del AVE es el mismo que el de la chimenea solar. En lugar de construir una chimenea material, esta es reemplazada por la fuerza centrifuga y el colector de calor es reemplazado bien por la capa de aire mas baja de la atmósfera o bien por el agua de un mar calido.

El flujo de calor por convección en la parte baja de la atmósfera es de alrededor de 150 W/m², una sexta parte de este calor puede ser transformado en energía mecánica al ser transportada hacia lo alto. El rendimiento trabajo-calor esta alrededor de un 15% debida que el calor se recibe a una temperatura de +15 °C y sale a una temperatura de -15 °C. Baja estas condiciones, el trabajo que podría se generado en la atmósfera es de unos 25 W/m². El potencial energético es por tanto 12000 TW (25 W/m² x (510 x 10¹² m²)) mientras que la energía producida por el hombre no es más de 2 TW. Por lo que es una energía equivalente a 6000 veces aquella producida por el hombre. La energía producida por un gran huracán puede exceder la energía producida por la humanidad durante todo un año.

Para capturar la máxima de la energía disponible, la expansión se debe hacer bajo equilibrio mecánico lo cual no es fácil. Se requiere de un conducto que permita que el trabajo de expansión sea transmitido por la base y se requiere de una turbina. Sin uno ni el otro, el trabajo que habría podido ser producido se pierde y se transforma en calor en lugar de trabajo.

Los científicos que estudian los fenómenos atmosféricos llaman al trabajo producido por kilogramo de aire que se eleva: CAPE (Convective Available Potencial Energy - Energía Potencial Convectiva Disponible, EPCD). Durante los periodos de insolación, cuando hay conveccion, el EPCD típicamente seria de unos 1500 J/kg., lo cual es equivalente a la energía que puede ser producida al bajar un kilogramo de agua 150 m. Se propone que un vortice puede transferir esta energía mecánica a la base de la atmósfera donde será posible capturarla.

El Proceso AVE (Motor Atmosférico de Vortice) podría producir grande cantidades de energía duradera, reduciría el recalentamiento producido por los gases de efecto invernadero y a reasumir los objetivos que se pretenden lograr con el protocolo de Kyoto. Existe mucha renuencia para tratar de controlar un proceso tan violento como lo es un tornado, sin embargo, un tornado bien controlado podría reducir la inestabilidad atmosférica y lograr disminuir, no aumentar, los riesgos. Un pequeño tornado bien anclado adjunto a una central bien fortificada no representa ningún peligro a la misma. La planta o proceso AVE podría captar la energía perdida por falta de un proceso que logre equilibrio mecánico, mientras no se limita a la energía capturada de los vientos que soplan horizontalmente al usar turbinas convencionales.

Se estima que seria posible, en condiciones atmosférica ideales, de demostrar la viabilidad de producir un vortice que se mantenga sin aporte de calor sobre una instalación de 30 m. de diámetro. Aprender a controlar los grandes torbellinos o vortices será un gran desafió y un proyecto de ingeniería de gran envergadura. Se requiere de un consenso sobre la viabilidad y mucha cooperación entre científicos que estudian los fenómenos ambientales y los ingenieros. Habrá muchas dificultades que superar, no obstante, estas no serán mayores que las ya encontradas al desarrollar otros grandes proyectos. El motor de vortice atmosférico podrá convertirse en una fuente importante para la generación de electricidad. El costo de la electricidad producida deberá ser muy inferior al de otras alternativas, ya que no se requiere ni de carburante ni de colector.

Traduccion: Jerry Toman y Nehemias Vielma Parra