ES2365074B1 - SOURCE, THAT TAKES ADVANTAGE OF THE FLUID DENSITY DIFFERENCE, FOR RENEWABLE ENERGY PRODUCTION - Google Patents
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Abstract
Fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de los fluidos, para la producción de energía renovable.Source, which takes advantage of the density difference of fluids, for the production of renewable energy.
La fuente de energía renovable para la producción de energía mecánica o eléctrica, comprende un conducto (2), sumergido en un fluido (1) o agua, cuya sección de salida (3) está al nivel de la superficie del agua, y la entrada (7) a una cota inferior. Que incluye un sistema (5) que introduce un fluido (4) o aire en el interior del conducto (2). Ascendiendo un caudal, por el empuje de Arquímedes, cuya energía aprovechamos mediante una turbina (7) y un generador eléctrico (8). El caudal de agua que sale por la sección (3) es direccionado a la zona del agua exterior al conducto (2) para volver a repetir el ciclo. Puede incluir una estructura de conductos de aire (12), con toma fija u orientable (11), para producir una depresión en la salida (3) al aprovechar la velocidad de los móviles o el viento. Fuentes con un fluido e intercambio térmico.The renewable energy source for the mechanical or electrical energy production, comprises a conduit (2), submerged in a fluid (1) or water, whose outlet section (3) it is at the level of the water surface, and the entrance (7) to a level lower. That includes a system (5) that introduces a fluid (4) or air inside the duct (2). Ascending a flow, by the Archimedes thrust, whose energy we use through a turbine (7) and an electric generator (8). The flow of water that flows through the section (3) is directed to the area of water outside the duct (2) to repeat the cycle. It can include a structure of air ducts (12), with fixed or adjustable outlet (11), for produce a depression in the exit (3) when taking advantage of the speed of mobiles or the wind. Sources with a fluid and exchange thermal.
Description
Fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de los fluidos, para la producción de energía renovable.Source, which takes advantage of the density difference of fluids, for the production of renewable energy.
La invención que se presenta es una nueva fuente de energía renovable, es decir, que no produce contaminación y por tanto, al sustituir a otras fuentes contaminantes evita el Calentamiento de la Tierra y el Cambio Climático. Y al ser inagotable cumple también la otra condición de las energías renovables en cuanto a la consecución de un Desarrollo Sostenible.The invention presented is a new source of renewable energy, that is, it does not produce pollution and by therefore, when replacing other polluting sources, avoid Earth Warming and Climate Change. And being inexhaustible also meets the other energy condition renewable in terms of achieving a Development Sustainable.
El objeto de la invención es conseguir una fuente de energía mecánica o eléctrica, fundamentalmente esta última, mediante un aparato o fuente de energía renovable que puede instalarse fija o sobre un móvil o vehículo, de forma que sustituya en parte o totalmente a otras fuentes tales como las contaminantes, las no inagotables o las que tienen una menor rentabilidad.The object of the invention is to achieve a source of mechanical or electrical energy, fundamentally this last, through a renewable energy device or source that can be fixed or on a mobile or vehicle, so that it replaces partly or totally to other sources such as pollutants, those that are not inexhaustible or those that have a lower profitability.
La mayor parte de las energías renovables tienen su origen en la energía solar, ya sea directamente tal como: la energía solar térmica y la foto voltaica o indirectamente como: la energía eólica (la energía solar produce diferentes temperaturas y fuerzas ascensionales por evaporación, etc. que dan lugar al viento) o la energía hidráulica (la evaporación da lugar a las nubes y lluvias que luego caen sobre lugares a una cotas altas, por lo que fluyen a cotas más bajas) o la biomasa y biocarburantes, (energía que contienen las plantas generada por fotosíntesis, en la que interviene el sol), o las que tienen su origen en el gradiente de temperaturas en el mar. El conjunto de estas Energías renovables que tienen su origen en el sol suponen del orden del 99% de las energías renovables. Otras energías renovables tienen su origen en la energía existente en el interior de la Tierra, tal como la geotérmica. Y por último existe la energía de las mareas que tienen su origen en la existencia de los tres campos: la atracción entre la tierra y el sol; la atracción entre la tierra y la luna y la gravedad de la tierra.Most renewable energies have its origin in solar energy, either directly such as: solar thermal energy and photo voltaic or indirectly as: wind power (solar energy produces different temperatures and ascending forces by evaporation, etc. that give rise to the wind) or hydraulic energy (evaporation gives rise to clouds and rains that then fall on places at a high level, so flow at lower levels) or biomass and biofuels, (energy containing plants generated by photosynthesis, in which the sun intervenes), or those that have their origin in the gradient of sea temperatures The set of these renewable energies that they have their origin in the sun they suppose of the order of 99% of the energies renewable. Other renewable energies have their origin in energy existing inside the Earth, such as geothermal. And by last there is the energy of the tides that have their origin in the existence of the three fields: the attraction between the earth and the Sun; the attraction between the earth and the moon and the gravity of the land.
La nueva energía renovable que se presenta está basada en la diferencia de densidades de al menos, dos fluidos, Los fluidos normalmente, si no actúan otros efectos, están depositados por capas de diferente densidad, tal como el agua del mar y el aire. Si introducimos un fluido (o cuerpo) de menor densidad en el seno de otro fluido de mayor densidad, se ve sometido a una fuerza que lo expulsa, y su lugar es rellenado por el fluido de mayor densidad, para restituir el equilibrio. Como la fuerza de atracción entre los fluidos y la tierra depende de la masa de ambos (y la masa de los fluidos de la densidad) y de la distancia entre ellos (según la ley de la gravitación universal), esto da lugar a la distribución de los fluidos en capas según su densidad y a distinta distancia de la tierra. En la nueva energía renovable introducimos en el interior de un conducto lleno de un fluido, otro fluido de menor densidad, de forma continua, y aprovechamos la fuerza de impulsión que se produce para expulsar al fluido de menor densidad.The new renewable energy that is presented is based on the difference in densities of at least two fluids, the fluids normally, if no other effects act, they are deposited by layers of different density, such as seawater and air. If we introduce a fluid (or body) of lower density within another fluid of higher density, is subjected to a force that ejects, and its place is filled by the higher density fluid, to restore balance. As the force of attraction among fluids and the earth depends on the mass of both (and the mass of the density fluids) and the distance between them (according to law of universal gravitation), this results in the distribution of layered fluids according to their density and at a different distance from the land. In the new renewable energy we introduce inside a conduit filled with a fluid, another fluid of lower density, of continuously, and we take advantage of the driving force that is produced to expel the lower density fluid.
La invención se basa en el aprovechamiento
energético de la fuerza ascensional que se produce en cuerpo
interior a un conducto o tubo (el cuerpo o volumen de control es la
mezcla de fluidos que hay en el interior del tubo), vertical, o
inclinado, sumergido en agua, y rodeado exteriormente por ella, cuya
sección de salida está situada aproximadamente al nivel de la
superficie del agua y la de entrada a una cota inferior. Al que
introducimos aire a presión en el interior del tubo. De esta forma
se produce un empuje en el interior del tubo debido al Empuje de
Arquímedes o hidrostático de Bernouilli, debido a la diferencia de
densidad entre la columna de agua exterior al conducto o tubo y la
columna de mezcla de aire y agua que hay dentro del tubo. Esta
fuerza ascensional introduce un caudal de agua por la parte inferior
del tubo, cuya sección se ve sometida a una presión de valor:
gh(\rho_{1}-\rho_{m}) (Siendo:
\rho_{1}= densidad del agua
\rho_{m} = densidad de la
mezcla de fluidos, aire y agua, que hay en el interior del conducto,
g = aceleración de la gravedad y h = altura o desnivel que hay entre
la entrada del aire en el conducto y la sección superior, o de
mayor cota del conducto.). Esta fuerza o energía la podemos
aprovechar mediante una turbina. El agua que sale por la parte
superior la direccionamos para que vuelva a la zona exterior al tubo
y de esta manera pueda volver a iniciar el ciclo. Podemos, además,
aumentar el caudal de salida por la parte superior, y por tanto una
entrada mayor de caudal de agua por la parte inferior, al producir
una depresión en la sección de salida, conseguida al aprovechar la
velocidad de los móviles, los vehículos o el viento. Si conectamos
el eje de la turbina con un generador eléctrico, producimos energía
eléctrica. Los bornes del generador se conectarán a los conductos de
transporte eléctrico que conducirán la electricidad a las zonas de
consumo.The invention is based on the energy use of the ascending force that is produced in the inner body of a conduit or tube (the control body or volume is the mixture of fluids inside the tube), vertical, or inclined, submerged in water, and surrounded externally by it, whose exit section is located approximately at the level of the surface of the water and that of entrance to a lower level. To which we introduce pressurized air inside the tube. In this way there is a push inside the tube due to the Archimedes or Hydrostatic Push of Bernouilli, due to the difference in density between the water column outside the conduit or tube and the air and water mixing column inside of the tube. This ascending force introduces a flow of water through the bottom of the tube, whose section is subjected to a pressure of value: gh (\ rho_ {1} - \ rho_ {m}) (Being: \ rho_ {1} = density of the water
\ rho_ {m} = density of the mixture of fluids, air and water, inside the duct, g = acceleration of gravity and h = height or unevenness between the air inlet in the duct and the upper section , or higher duct level.). We can use this force or energy through a turbine. The water that comes out from the top we direct it so that it returns to the area outside the tube and in this way it can start the cycle again. We can also increase the flow of output from the top, and therefore a greater entry of water flow from the bottom, by producing a depression in the output section, achieved by taking advantage of the speed of mobile phones, vehicles or the wind If we connect the turbine shaft with an electric generator, we produce electric power. The generator terminals will be connected to the electrical transport conduits that will conduct electricity to the consumption areas.
A continuación se muestran figuras para la explicación de su funcionamiento y ejemplos, los cuales no pretenden ser limitativos de su alcance.Below are figures for the explanation of its operation and examples, which are not intended Be limiting in scope.
- Figura 1: Fuente de Energía Renovable sin turbina.- Figure 1: Renewable Energy Source without turbine.
- Figura 2: Fuente de Energía Renovable con la turbina y alternador situados después de la entrada de aire y de la salida del conducto.- Figure 2: Renewable Energy Source with the turbine and alternator located after the air inlet and the duct outlet.
- Figura 3: Fuente de Energía Renovable con la turbina y generador eléctrico situados antes de la entrada de aire.- Figure 3: Renewable Energy Source with the turbine and electric generator located before the entrance of air.
- Figura 4: Fuente de Energía Renovable con el conducto inclinado y en forma de difusor.- Figure 4: Renewable Energy Source with the inclined and diffuser shaped duct.
- Figura 5: Fuente de Energía Renovable con pieza para direccionar el agua al recipiente o depósito.- Figure 5: Renewable Energy Source with piece to direct water to the container or reservoir.
- Figura 6: Fuente de Energía Renovable con venturi para producir una depresión a la salida del conducto.- Figure 6: Renewable Energy Source with venturi to produce a depression at the exit of the duct.
- Figura 7: Fuente de Energía Renovable con venturi y cerramiento del depósito.- Figure 7: Renewable Energy Source with venturi and deposit closure.
- Figura 8: Fuente de Energía Renovable que incluye un sistema que aprovecha la velocidad del móvil, donde va instalada, para comprimir el aire que entra en la Fuente.- Figure 8: Renewable Energy Source that It includes a system that takes advantage of the speed of the mobile, where it goes installed, to compress the air entering the Source.
- Figura 9: Fuente de Energía Renovable con sistema para aprovechar la velocidad del viento y producir una depresión, mediante venturi, en la salida del conducto.- Figure 9: Renewable Energy Source with system to take advantage of wind speed and produce a depression, through venturi, at the exit of the duct.
- Figura 10: Fuente de Energía Renovable con el eje de la turbina acoplado a un eje que actúa de motor de un móvil.- Figure 10: Renewable Energy Source with the turbine shaft coupled to a shaft that acts as a motor for a mobile.
- Figura 11: Central eléctrica de gran potencia constituida por muchas Fuentes de Energía Renovable.- Figure 11: Large power plant constituted by many Renewable Energy Sources.
- Figura 12: Fuente de Energía Renovable que utiliza un solo fluido con cambios de estado producidos mediante intercambiadores térmicos.- Figure 12: Renewable Energy Source that uses a single fluid with state changes produced by heat exchangers
- Figura 13: Fuente de Energía Renovable que utiliza un solo fluido a diferentes temperaturas producidas por intercambiadores térmicos.- Figure 13: Renewable Energy Source that uses a single fluid at different temperatures produced by heat exchangers
- Figura 14: Fuente de Energía Renovable que utiliza un solo fluido a diferentes temperaturas, tal como agua, a la que se le añade una entrada de aire a presión.- Figure 14: Renewable Energy Source that use a single fluid at different temperatures, such as water, at which is added a pressurized air inlet.
La figura 1 muestra un primer ejemplo, sin
turbina, para la explicación general del funcionamiento. Si en un
fluido como el (1) de la figura 1 introducimos un conducto (2) cuya
sección superior (3) quede al ras de la superficie del fluido (1). E
introducimos un caudal de otro fluido (4) de menor densidad
mediante un sistema o aparato (5) que lo comprima e introduzca
desde la salida (6) del fluido de menor densidad (4) a una presión
suficiente para vencer la presión debida a la altura h, ver figura
1, entre la salida (6) del fluido (4) y la superficie (3) del fluido
(1). Al salir el fluido (4) al seno del fluido (1), dentro del
conducto, el conjunto de la mezcla del aire y el agua, interior al
tubo, se ven sometidos a una fuerza ascensional que es debida al
empuje de Arquímedes menos su propio peso (mezcla de aire y agua).
Debido a esta fuerza ascensional saldrá un caudal de agua por la
sección superior o de salida (3) del conducto (2) y entrará un
caudal de agua por la sección de entrada (7), fundamentalmente
debida a la presión en la entrada indicada anteriormente. Si se
hace la experiencia, se ve que parte del agua del centro del tubo
que sale por la sección superior (3) vuelve a caer en el interior
del conducto por lo que habrá que direccionar el caudal a la salida
(3) hacia el agua exterior y que rodea al conducto, Además no
debemos direccionarla dentro del agua, ya que nos interesa que el
fluido de menor densidad se separe. Si escojo dos fluidos que
respeten el medio ambiente como el aire (4) y el agua (1). (También
se podría escoger un fluido en sus dos estados líquido y gaseoso
pues bastaría calentar el fluido dentro del conducto, y cerrar el
conjunto, pero escogemos aire y agua por ser más ecológicos) Si, por
ejemplo, tomamos una distancia h (ver figura 1) de 3 metros dará
lugar a una presión de 3 metros de columna de agua o de 3.000
milímetros de columna de agua o 3.000 Kg./m^{2}. Por tanto el
compresor (5) tendrá que comprimir el aire con una relación de
compresión del orden de 1,3 ya que tiene que pasar de la presión
atmosférica de aproximadamente
10.000 Kg./m^{2} a 13.000
Kg./m^{2} (10.000 más 3.000). (Si la altura a vencer es muy
pequeña se puede utilizar un ventilador) En el conducto de salida
del aire y cercano a la salida (6) se instala una válvula
antirretorno (19), ver figura 2, para evitar que la tubería se llene
de agua.Figure 1 shows a first example, without a turbine, for the general explanation of operation. If in a fluid such as (1) of Figure 1 we introduce a conduit (2) whose upper section (3) is flush with the surface of the fluid (1). And we introduce a flow of another fluid (4) of lower density by means of a system or apparatus (5) that compresses it and introduces from the outlet (6) of the fluid of lower density (4) at a sufficient pressure to overcome the pressure due to the height h, see figure 1, between the outlet (6) of the fluid (4) and the surface (3) of the fluid (1). When the fluid (4) exits into the fluid (1), inside the duct, the whole of the mixture of air and water, inside the tube, are subjected to an ascending force that is due to the thrust of Archimedes minus its own weight (mixture of air and water). Due to this ascending force, a water flow will flow through the upper or outlet section (3) of the duct (2) and a water flow will enter through the inlet section (7), mainly due to the pressure at the input indicated above. . If the experience is done, it is seen that part of the water in the center of the tube that exits the upper section (3) falls back inside the duct, so the flow to the outlet (3) will have to be directed towards the water outside and surrounding the conduit, In addition we should not direct it into the water, since we are interested in the lower density fluid separating. If I choose two fluids that respect the environment such as air (4) and water (1). (You could also choose a fluid in its two liquid and gaseous states because it would be enough to heat the fluid inside the duct, and close the assembly, but choose air and water for being more ecological) If, for example, we take a distance h (see figure 1) of 3 meters will result in a pressure of 3 meters of water column or 3,000 millimeters of water column or 3,000 Kg./m^{2}. Therefore the compressor (5) will have to compress the air with a compression ratio of the order of 1.3 since it has to exceed the atmospheric pressure of approximately
10,000 Kg./m^{2} to 13,000 Kg./m^{2} (10,000 plus 3,000). (If the height to be overcome is very small, a fan can be used) In the air outlet duct and near the outlet (6) a non-return valve (19) is installed, see figure 2, to prevent the pipe from filling of water.
La fuerza ascensional debida al Empuje, da lugar a que fluya o salga un caudal de mezcla de aire y agua por la sección circular superior (3), Si instalamos una turbina (8) (ver figura 2) obtenemos una determinada potencia en su eje. Si queremos producir energía eléctrica conectamos un generador eléctrico (9) al eje de la turbina. En este caso no es necesario direccionar el caudal de salida del agua. Este diseño, con la turbina a continuación de la salida (3), ver figura 2, de agua tiene la ventaja de estar por encima de la superficie y fuera del agua. Pero tiene el inconveniente de que el fluido de entrada a la turbina es mezcla de aire y agua del orden de al 50% o más de aire, por lo que la turbina, por exceso de aire, puede que no trabaje adecuadamente.The ascensional force due to the Push, gives rise to flow or flow a mixture of air and water through the upper circular section (3), If we install a turbine (8) (see Figure 2) We obtain a certain power on its axis. If we want produce electric power we connect an electric generator (9) to the turbine shaft In this case it is not necessary to address the water flow rate This design, with the turbine to continuation of the exit (3), see figure 2, of water has the advantage of being above the surface and out of the water. But It has the disadvantage that the turbine inlet fluid is mixture of air and water of the order of 50% or more of air, so the turbine, due to excess air, may not work adequately.
A fin de conseguir una distribución más uniforme de velocidades, y que las velocidades del aire y agua a la salida sean iguales o parecidas, es decir, a la entrada de la turbina, la forma de la salida (5) del aire comprimido la realizo en forma de difusor acabado en placa perforada para la salida del aire. Ver figura 2, el detalle ampliado de la salida (6), con rotura, para apreciar la sección de la placa perforada. Los orificios van dispuestos simétricamente con respecto a su eje central de simetría y forman, al menos los ejes de simetría de los orificios más alejados del centro, un ángulo de conicidad con el eje central, a fin de abarcar o barrer toda la sección del conducto.In order to achieve a more uniform distribution of speeds, and that the air and water speeds at the exit be the same or similar, that is, at the turbine inlet, the I form the outlet (5) of the compressed air in the form of diffuser finished in perforated plate for the air outlet. Watch Figure 2, the enlarged detail of the outlet (6), with breakage, for appreciate the section of the perforated plate. The holes go symmetrically arranged with respect to its central axis of symmetry and form, at least the symmetry axes of the holes plus away from the center, an angle of conicity with the central axis, to in order to cover or sweep the entire section of the duct.
La potencia disponible, o que podemos aprovechar vendrá dada por:The available power, or that we can take advantage of It will be given by:
Potencia disponible: P_{a} = g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c_{e} - \Deltap_{p} c_{m} + \Deltap_{c} c_{a} + \Deltap_{ea} c_{a} - W_{c}/\eta_{c}.Power available: P_ {a} = g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c_ {e} - Δp_ {p} c_ {m} + \ Deltap_ {c} c_ {a} + \ Deltap_ {ea} c_ {a} - W_ {c} / \ eta_ {c}.
Siendo g = aceleración de la gravedad; h =
altura o diferencia de cotas entre la salida de aire y la superficie
del agua (ver figura 1); \rho_{1} = densidad del agua;
\rho_{it}= densidad de la mezcla de aire y agua que hay en el
interior del conducto o tubo; c_{e} = caudal de entrada de agua
por la sección de entrada (7); \Deltap_{p} = pérdidas de carga
debidas a: pérdidas de fricción; pérdidas en la toma de entrada del
agua; y pérdidas debidas a la mezcla de fluidos aire y agua;
c_{m} = caudal de mezcla que sale por la sección de salida (3);
\Deltap_{c} = presión debida a la velocidad del aire comprimido
y a su presión, que a medida que sube se va expandiendo. Esta
energía la suministra el compresor; c_{a} = caudal de aire;
\Deltap_{ea} = presión debida a la velocidad relativa del aire,
burbujas, con respecto al agua, en el interior del conducto,
producida por el Empuje de Arquímedes o hidrostático, al tener
diferente densidad el aire (burbujas) y el agua;
Wc =
potencia a suministrar por el compresor; \eta_{c} = rendimiento
del compresor.Being g = acceleration of gravity; h = height or difference in dimensions between the air outlet and the water surface (see figure 1); \ rho_ {1} = water density; \ rho_ {it} = density of the mixture of air and water inside the duct or tube; c_ {e} = water inlet flow through the inlet section (7); Δp = {load losses due to: friction losses; losses in the intake of water; and losses due to the mixture of air and water fluids;
c_ {m} = mixing flow that flows through the outlet section (3); Δp_ {c} = pressure due to the speed of the compressed air and its pressure, which increases as it rises. This energy is supplied by the compressor; c_ {a} = air flow; Δp = {ea} = pressure due to the relative velocity of the air, bubbles, with respect to the water, inside the duct, produced by the Archimedes or hydrostatic thrust, the air (bubbles) and the water having different density;
Wc = power to be supplied by the compressor; η_ {c} = compressor performance.
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Por otra parte Wc = (p_{1}gh + \Deltap_{ca}) c_{a}. Siendo \Deltap_{ca} = pérdidas de carga o de presión del aire comprimido (4) en su recorrido hasta la salida (6) y pérdidas a la salida.On the other hand Wc = (p_ {1} gh + Δp_ {ca}) c_ {a}. Being \ Deltap_ {ca} = losses of load or pressure of compressed air (4) on its way to the Exit (6) and losses on departure.
En los términos de la fórmula anterior el factor más importante en cuanto a la energía que podemos aprovechar es el debido al empuje hidrostático: g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c_{e}, debido a este empuje entrará agua por la parte inferior del tubo (7). Este empuje es debido a la diferencia de densidades del agua, exterior al tubo, y la mezcla de aire y agua que hay en el interior del tubo. Por el principio de Arquímedes sabemos que al introducir un cuerpo dentro del agua se crea un empuje igual al volumen del agua desalojada. Para saber la fuerza ascensional total hay que restarle su peso, es decir: Fa = E - P = V g (\rho_{1} - \rho_{it}). Siendo V igual al volumen desalojado. Por lo que, trata de restablecer el equilibrio desplazando una cantidad de agua igual a la desalojada por el cuerpo. Si el V lo cambio por un caudal continuo, como en este caso, que estoy entrando en el tubo de forma continua un caudal de aire, me estará introduciendo un caudal de agua igual por la parte inferior, siempre que la velocidad del agua y del aire, en el interior del tubo fuesen iguales, o al menos sus velocidades sean iguales a la salida (3). Este es el modelo al que voy a tratar de acercarme para desarrollar otro diseño. Por tanto si consigo que el aire y el agua tengan una misma velocidad en la salida (3), y por tanto, el caudal de entrada de agua será igual al caudal de entrada de aire. Es decir, c = c_{e} = c_{a} = c_{m}/2. Sustituyendo en la fórmula se obtiene:In the terms of the previous formula the factor most important in terms of energy that we can take advantage of is the due to hydrostatic thrust: g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c_ {e}, due to this push, water will enter the lower part of the tube (7). This thrust is due to the difference in densities of the water, outside the tube, and the mixture of air and water in the tube inside. From the Archimedes principle we know that at introducing a body into the water creates a thrust equal to volume of water dislodged. To know the total ascensional force its weight must be subtracted, that is: Fa = E - P = V g (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}). V being equal to the volume dislodged. So that, try to restore balance by displacing a quantity of water equal to the evicted by the body. If the V change it for a flow I continue, as in this case, that I am entering the tube so air flow continues, it will be introducing a flow rate of equal water at the bottom, provided the water velocity and of the air, inside the tube they were equal, or at least their speeds are equal to the output (3). This is the model to which I will try to approach to develop another design. So if I get the air and water to have the same speed in the outlet (3), and therefore, the water inlet flow will be equal to air inlet flow. That is, c = c_ {e} = c_ {a} = c_ {m} / 2. Substituting in the formula you get:
Potencia aprovechada: P_{d} = g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c - \Deltap_{p} 2c + \Deltap_{c} c + \Deltap_{ea} c - W_{c}/\eta_{c}.Power used: P_ {d} = g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c - \ Deltap_ {p} 2c + \ Deltap_ {c} c + \ Deltap_ {ea} c - W_ {c} / \ eta_ {c}.
Siendo c = caudal de entrada de agua o caudal de entrada de aire.Being c = water inlet flow or flow rate of air entrance.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Para que la velocidad del aire y del agua a la salida sean iguales, los términos: \Deltap_{c} c_{a}; y \Deltap_{ea} c_{a}, han de ser lo menor posibles o transferir parte de su energía cinética al agua a fin de uniformar las velocidades de ambos fluidos y que su velocidad final en la salida sea la misma. El primer término \Deltapc es debido a la velocidad del aire comprimido y a su presión, que a medida que sube se va expandiendo. Esta energía la suministra el compresor; por tanto nos interesa que sea lo mínima posible. Por diseño, tomamos una presión suficiente para poder introducir el aire en el conducto, es decir la presión mínima suficiente para vencer la columna de agua de altura h (ver figura 1), entre salida de aire (6) y superficie de agua (3), y las pérdidas de carga a la salida. Y el segundo término es debido al empuje hidrostático, al tener diferentes densidades el aire (burbujas) y el agua en el interior del tubo. Debido a ello el aire tiene una velocidad relativa con respecto al agua. Ya que la mezcla de aire y agua que hay dentro del tubo tiene una velocidad debida a la fuerza ascensional que queremos aprovechar, y la de las burbujas de aire que, además están sometidas a otra fuerza ascensional debida a la diferente densidad del agua y el aire que hay dentro del conducto (2). Esta velocidad es pequeña frente a la que queremos aprovechar (diferencia de densidades entre fuera y dentro del tubo) siempre que las burbujas sean de un diámetro menor a un milímetro. Esto es debido al rozamiento viscoso que se opone a su ascensión en el seno del agua. Y que existen fórmulas experimentales para determinar la velocidad máxima alcanzable por las esferas o burbujas en el seno de fluidos viscosos. Por tanto, interesa reducir el tamaño de las burbujas de aire, mezclando aire y agua mediante el conducto difusor (2), ver figuras 4 y 5, o mediante una salida de aire (6) en forma de difusor con muchos orificios dispuestos simétricamente con respecto al eje. En las figuras 6 y 7 se puede ver la salida de aire (6) en forma de difusor. En la figura 2 se muestra el detalle ampliado de la salida (6), con rotura, para apreciar la sección de la placa perforada. Los orificios van dispuestos simétricamente con respecto a su eje central de simetría y forman, al menos los ejes de simetría de los orificios más alejados del centro, un ángulo de conicidad con el eje central, a fin de abarcar o barrer toda la sección del conducto.So that the speed of air and water at output are equal, the terms: \ Deltap_ {c} c_ {a}; Y Δp_ {ea} c_ {a}, must be as small as possible or transfer part of its kinetic energy to the water in order to standardize the speeds of both fluids and that their final speed at the exit Be the same. The first term Δpc is due to the speed of the compressed air and its pressure, which goes up as it goes expanding This energy is supplied by the compressor; therefore we It is interesting that it be as little as possible. By design, we take a pressure enough to be able to introduce air into the duct, that is the minimum pressure sufficient to overcome the height water column h (see figure 1), between air outlet (6) and water surface (3), and load losses on departure. And the second term is due to hydrostatic thrust, having different densities the air (bubbles) and water inside the tube. Because of that the air It has a relative speed with respect to water. Since the mix of air and water inside the tube has a speed due to the ascensional force that we want to take advantage of, and that of the bubbles of air that are also subject to another ascensional force due at the different density of water and air inside the duct (2). This speed is small compared to what we want take advantage (difference in densities between outside and inside the tube) provided the bubbles are less than one millimeter in diameter. This is due to the viscous friction that opposes its rise in The bosom of water. And that there are experimental formulas for determine the maximum speed attainable by the spheres or bubbles within viscous fluids. Therefore, it is interesting to reduce air bubble size, mixing air and water by diffuser duct (2), see figures 4 and 5, or through an outlet of air (6) in the form of a diffuser with many holes arranged symmetrically with respect to the axis. In figures 6 and 7 you can See the air outlet (6) as a diffuser. In figure 2 it shows the extended detail of the output (6), with breakage, for appreciate the section of the perforated plate. The holes go symmetrically arranged with respect to its central axis of symmetry and form, at least the symmetry axes of the holes plus away from the center, an angle of conicity with the central axis, to in order to cover or sweep the entire section of the duct.
Aunque estos efectos sean pequeños, podemos
aprovecharlos de forma que el aire transfiera su energía cinética al
agua de forma que a la salida tengan la misma velocidad. Esto lo
podemos conseguir mediante un difusor, es decir, sustituyendo el
conducto (2) por un difusor. Y que la conicidad del chorro de salida
del agua coincida aproximadamente con la conicidad del difusor. Para
conseguirlo, variamos o adaptamos el diámetro interior del tubo de
salida de aire. Pues a mayor diámetro interior se obtiene un mayor
ángulo de conicidad del chorro de salida. En las figuras 4 y 5 se
muestran dos diseños en los que el tubo o conducto (2) se ha
transformado en difusor, lo que permite evitar pérdidas de carga por
la mezcla del agua y el aire e uniformar velocidades de ambos
fluidos y aproximarse la velocidades de ambos a la salida, y por
tanto, también sus caudales. Podemos además apreciar, en dichas
figuras, que el compresor (5) o sistema de compresión ha sido
sustituido por dos compresores en serie. Esto es debido a que en el
momento de arranque necesita superar la presión de una columna de
agua de altura h, es decir, \rho_{1}gh, y una vez que pasa del
régimen transitorio al estacionario o permanente, la presión de
columna tendrá que superar será de: \rho_{m}gh. Siendo
\rho_{m} = la densidad de la mezcla que hay en el interior del
conducto, tubo o difusor. Si la mezcla está compuesta por la mitad
de aire y la mitad de agua, la densidad será, (\rho_{1} +
\rho_{2})/2. Siendo \rho_{1} = densidad del agua y \rho_{2} =
densidad del aire. Por lo que tendrá que vencer una presión de
(\rho_{1} + \rho_{2})gh/2 que es del orden de la mitad de
la inicial a vencer, ya que la densidad del agua es muy superior a
la del aire comprimido. Es decir, que los compresores son
prácticamente iguales, con el mismo caudal y una relación de
compresión también aproximadamente igual y que será la mitad de la
que tendría un solo compresor, si solamente se instalara él. Al
arrancar funcionarán los dos compresores y cuando finalice el
régimen transitorio y comience el estacionario, uno de ellos se
desconectará, por ejemplo mediante un temporizador, o con algún
medidor de una de las características del régimen estacionario o
permanente.Although these effects are small, we can take advantage of them so that the air transfers its kinetic energy to the water so that at the exit they have the same speed. This can be achieved by means of a diffuser, that is, by replacing the conduit (2) with a diffuser. And that the conicity of the water outlet jet coincides approximately with the conicity of the diffuser. To achieve this, we vary or adapt the inner diameter of the air outlet pipe. For a larger internal diameter, a greater conicity angle of the outlet jet is obtained. In figures 4 and 5 two designs are shown in which the tube or conduit (2) has been transformed into a diffuser, which allows to avoid losses of load by the mixture of water and air and to uniform speeds of both fluids and to approximate the speeds of both at the exit, and therefore, also its flow rates. We can also appreciate, in these figures, that the compressor (5) or compression system has been replaced by two compressors in series. This is because at the time of start-up you need to exceed the pressure of a water column of height h, that is, \ rho_ {1} gh, and once it passes from the transitional to the permanent or permanent regime, the column pressure will have to overcome will be: \ rho_ {m} gh. Being
\ rho_ {m} = the density of the mixture inside the duct, tube or diffuser. If the mixture is composed of half air and half water, the density will be, (\ rho_ {1} + \ rho_ {2}) / 2. Being \ rho_ {1} = water density and \ rho_ {2} = air density. So you will have to overcome a pressure of (\ rho_ {1} + \ rho_ {2}) gh / 2 which is of the order of half of the initial to overcome, since the density of the water is much higher than the compressed air. That is, that the compressors are practically the same, with the same flow rate and a compression ratio also approximately equal and that it will be half of what a single compressor would have, if only it were installed. When starting the two compressors will work and when the transitory regime ends and the stationary one begins, one of them will be disconnected, for example by means of a timer, or with any meter of one of the characteristics of the steady or permanent regime.
En la figura 4 el conducto se ha inclinado para direccionar el agua hacia la zona exterior al tubo y de esta manera pueda volver a iniciar el ciclo. En la figura 5 se muestra una pieza (10) para direccionar el agua que sale por (3) hacia la zona que rodea al conducto. Ambos casos dan lugar a fuentes o cascadas que pueden aprovecharse para ser incluidas en plazas, parques, jardines, etc.In figure 4 the duct has been tilted to direct the water towards the area outside the tube and in this way I can start the cycle again. Figure 5 shows a piece (10) to direct the water that flows through (3) towards the area surrounding the duct. Both cases give rise to fountains or waterfalls that can be used to be included in squares, parks, gardens, etc.
Si suponemos que la energía que aprovechamos en la turbina es la debida al empuje menos las pérdidas de carga: g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c_{e} - \Deltap_{p} c_{m}. (En realidad será algo más si aprovechamos una parte de la debida a los términos: \Deltap_{c} c_{a}; y \Deltap_{ea} c_{a}), podemos calcular la velocidad del fluido de entrada a la turbina que será:If we assume that the energy we use in The turbine is the one due to thrust minus load losses: g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c_ {e} - \ Deltap_ {p} c_ {m}. (In reality will be something else if we take advantage of a part of the due to terms: Δp_ {c} c_ {a}; and Δp_ {ea} c_ {a}), we can calculate the speed of the turbine inlet fluid what will it be:
(½ v^{2} \rho_{1}) c_{e} = g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c_{e} - \Deltap_{p} c_{m}. Si considero que se consiguen las características del diseño c = c_{e} = c_{a} = c_{m}/2; sustituyendo en la fórmula, queda:(½ v 2 \ rho_ {1}) c_ {e} = g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c_ {e} - \ Deltap_ {p} c_ {m}. If I consider that design characteristics are achieved c = c_ {e} = c_ {a} = c_ {m} / 2; replacing in the formula, it remains:
(½ v\rho_{1}) c = g h (\rho_{1} - \rho_{it}) c - \Deltap_{p} 2c. Siendo v = velocidad del agua a la entrada (7) y h, ver figura 1, la distancia o altura entre la salida de aire (6) y la superficie del agua (3). (Tener en cuenta que el fluido en el cálculo de \Deltap_{p} es mezcla de aire y agua al 50%). Por tanto, \rho_{it} = (\rho_{1}+\rho_{2} )/2(½ v \ rho_ {1}) c = g h (\ rho_ {1} - \ rho_ {it}) c - \ Deltap_ {p} 2c. Being v = water velocity a the entrance (7) and h, see figure 1, the distance or height between the air outlet (6) and water surface (3). (Consider that the fluid in the calculation of Δp_ {p} is a mixture of air and 50% water). Therefore, \ rho_ {it} = (\ rho_ {1} + \ rho_ {2} )/2
Luego, v = ((gh (\rho_{1} - \rho_{2}) - 4\Deltap_{p})/\rho_{1})^{0,5}. Las pérdidas de carga las podemos obtener de tablas pero dependen de la velocidad al cuadrado, así como de otros parámetros. Como no conocemos la velocidad la podemos obtener en una primera aproximación de la fórmula v = (gh (\rho_{1} - \rho_{2})/\rho_{1})^{0,5}. Es decir, no teniendo en cuenta las pérdidas de carga. Una vez obtenida la velocidad del fluido v, calculamos las pérdidas de carga y volvemos a calcular la velocidad mediante la fórmula completa, incluyendo las pérdidas de carga.Then, v = ((gh (\ rho_ {1} - \ rho_ {2}) - 4? P) /? 1) 0.5. Load losses we can get them from tables but they depend on the speed at square, as well as other parameters. As we do not know the speed can be obtained in a first approximation of the formula v = (gh (\ rho_ {1} - \ rho_ {2} / \ rho_ {1}) 0.5. That is, not taking in Load losses count. Once the speed of the fluid v, we calculate the load losses and recalculate the speed through the complete formula, including losses of load.
v = ((gh (\rho_{1} - \rho_{2}) - 4\Deltap_{p})/\rho_{1})^{0,5}. Y si se quiere más precisión podemos volver a repetir el proceso.v = ((gh (\ rho_ {1} - \ rho_ {2}) - 4? P) /? 1) 0.5. And if you want more precision we can repeat the process again.
Una vez hallada esta velocidad se le puede añadir un pequeño incremento debido a los términos \Deltap_{c} c_{a} y \Deltap_{ea} c_{a}.Once this speed is found, you can add a small increase due to the terms \ Deltap_ {c} c_ {a} and \ Deltap_ {ea} c_ {a}.
Y la potencia aprovechada será:And the power harnessed will be:
Pp = (½ v^{2}\rho_{1}c) \eta_{t} \eta_{g} - W_{c}/\eta_{c}. Siendo \eta_{t}= rendimiento de la turbina; y \eta_{g}= rendimiento del generador.Pp = (½ v 2 \ rho_ {1} c) \ eta_ {t} η_ {g} -W_ {c} / \ eta_ {c}. Being \ eta_ {t} = yield of the turbine; and η_ {g} = generator performance.
Esta nueva fuente de energía renovable puede instalarse de diferentes formas: en un recipiente que contenga el agua tal como un depósito o un estanque, y los diferentes elementos que lo componen irán unidos o apoyados sobre estructuras (20) que pueden ir apoyadas o empotradas, soldadas, atornilladas, etc., al recipiente. También puede instalarse en el mar, un lago, un río, etc., sobre estructura flotante.This new renewable energy source can be installed in different ways: in a container containing the water such as a reservoir or a pond, and the different elements that compose it will be united or supported on structures (20) that they can be supported or recessed, welded, screwed, etc., to container. It can also be installed in the sea, a lake, a river, etc., on floating structure.
Además podemos instalarlo sobre un móvil o vehículo y en este caso podemos aprovechar la velocidad de la marcha para crear una depresión en la salida (3) del conducto (2), y por tanto, conseguir un mayor caudal de salida y en consecuencia una mayor potencia disponible o aprovechable.We can also install it on a mobile or vehicle and in this case we can take advantage of the speed of the march to create a depression at the outlet (3) of the duct (2), and therefore, achieve a greater output flow and consequently greater power available or usable.
Podemos también, aprovechar la velocidad del viento, sobre fuentes fijas, para crear una depresión en la salida (3) del conducto (2), y por tanto, conseguir un mayor caudal de salida y en consecuencia una mayor potencia disponible o aprovechable.We can also take advantage of the speed of wind, over fixed sources, to create a depression at the exit (3) of the duct (2), and therefore, achieve a higher flow rate of output and consequently more power available or usable
Para la instalación y diseño del aparato o sistema para producir una depresión a la salida (3) del conducto (2) y también de la nueva fuente de energía renovable completa, hay que tener en cuenta en qué tipo de móvil se va a instalar. Así por ejemplo, en un coche eléctrico, la fuente deberá ser de poco peso y ocupar un espacio reducido y que tenga algún dispositivo o encerramiento para evitar que el agua (1) con el movimiento, pendientes, aceleraciones, frenada, curvas, etc., rebose.For installation and design of the device or system to produce a depression at the exit (3) of the duct (2) and also from the new complete renewable energy source, you have to Take into account what type of mobile phone you are going to install. So by For example, in an electric car, the source must be light and occupy a small space and have a device or enclosure to prevent water (1) with movement, slopes, accelerations, braking, curves, etc., overflow.
A continuación se muestran ejemplos que deberán tomarse con carácter amplio y nunca en forma limitativa.Below are examples that should be taken broadly and never in a limiting way.
En la figura 6 se muestra una nueva fuente de energía renovable como las descritas anteriormente y que además incluye el aparato o sistema para producir una depresión a la salida (3) en la parte superior del conducto (2). El aparato está basado en que las presiones a la entrada (11) y a la salida (13) del aire, que están a presión atmosférica, presión que actúa sobre el agua exterior al conducto (2), sean superiores a la presión que hay a la salida (3) y que actúa sobre la mezcla de agua y aire interior al tubo. Para ello la velocidad del aire por el interior del conducto (12) es superior a la de entrada. Esta mayor velocidad se consigue a costa de disminuir la presión del aire. Ya que: P = P_{a} + P_{d}, siendo P_{a} la presión que tiene el aire y P_{d} la debida a la velocidad, o presión dinámica, y que solamente se pone de manifiesto en la dirección de dicha velocidad. Al producirse una depresión igual a (P-P_{d}) aumenta el caudal de mezcla de aire y agua, por la salida (3).Figure 6 shows a new source of renewable energy as described above and that in addition includes the apparatus or system to produce a depression at outlet (3) at the top of the duct (2). The device is based on the pressures at the inlet (11) and at the outlet (13) of the air, which are at atmospheric pressure, pressure acting on the water outside the duct (2), be higher than the pressure at the outlet (3) and acting on the mixture of water and indoor air to the tube To do this, the air velocity inside the duct (12) is superior to the inlet. This higher speed is get at the cost of lowering the air pressure. Since: P = P_ {a} + P_ {d}, where P_ {a} is the pressure of the air and P_ {d} due to speed, or dynamic pressure, and that it only shows in the direction of that speed. When there is a depression equal to (P-P_ {d}) increases the flow of air and water mixture, through the outlet (3).
En dicha figura 6, se muestra la fuente completa, sobre un recipiente (14). En la parte superior se muestra el aparato para conseguir una depresión en la salida (3), que consta de una toma de entrada (11) convergente, un conducto (12) con abertura encima de la salida de agua (3) para que pueda actuar la depresión, y una salida (13) divergente del aire.In said figure 6, the source is shown complete, on a container (14). In the upper part it is shown the apparatus for achieving a depression at the exit (3), which consists of a convergent input socket (11), a conduit (12) with opening above the water outlet (3) so that the depression, and a divergent outlet (13) of the air.
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En la figura 7, se muestra un aparato similar al de la figura 6, que además incluye un cerramiento (25), con abertura en la parte superior para la salida del aire que puede incorporar un filtro para recuperar el agua arrastrada por el aire. Esta pieza es prolongación del recipiente (14) para evitar perder agua en los movimientos bruscos. Y un filtro (26) para evitar la salida del agua.In figure 7, an apparatus similar to the one shown of Figure 6, which also includes an enclosure (25), with opening at the top for the air outlet that can incorporate a filter to recover water carried by air. This piece is an extension of the container (14) to avoid losing water in sudden movements. And a filter (26) to avoid water outlet
La depresión que se produce en el conducto de aire (12) viene dada por:The depression that occurs in the duct of air (12) is given by:
p_{dd} = ½ (v_{e}^{2} - v_{c}^{2}) \rho_{2}. Siendo: p_{dd} = presión que será negativa con respecto a la de entrada o atmosférica, o depresión; v_{e} = velocidad del aire a la entrada (11); v_{c} = velocidad del aire en el interior del conducto (12). Esta depresión provoca que salga un mayor caudal de mezcla de aire y agua por la sección de salida (3). Es decir, provocará un aumento de velocidad de mezcla en la salida (3) que multiplicada por la sección nos dará el caudal. Este incremento de velocidad lo podemos obtener, igualando la depresión producida por el aire, más las pérdidas de carga, a la presión producida por el incremento de velocidad, es decir: ½ (v_{e}^{2} - v_{c}^{2}) \rho_{2} - \Deltap = \Deltav^{2} \rho_{m}/2. Siendo \Deltav = Incremento de la velocidad de mezcla de aire y agua en la salida; \rho_{m} = densidad de la mezcla de aire y agua a la salida (3). Por lo que el incremento de velocidad, \Deltav = (((v_{e}^{2} - v_{c}^{2}) \rho_{2} - \Deltap)/\rho_{m})^{0,5}. Si la mezcla es de ½ de aire y ½ de agua, la fórmula queda: \Deltav = (((v_{e}^{2} - v_{c}^{2}) 2\rho_{2} - \Deltap)/(\rho_{1}+ \rho_{2}))^{0,5}. En este caso las pérdidas de carga las obtenemos directamente pues dependen de v_{e} y v_{c} que son conocidas. Por tanto el caudal a la salida se incrementa en: S_{m} \Deltav. Siendo S_{m} la sección de salida (3). Por tanto el caudal de agua por la sección de entrada (7) se incrementará en: S_{m} \Deltav/Se.p_ {dd} = ½ (v_ {e} 2 - v_ {c} 2) \ rho_ {2}. Being: p_ {dd} = pressure that will be negative with regarding the entrance or atmospheric, or depression; v_ {e} = air velocity at the entrance (11); v_ {c} = air velocity inside the duct (12). This depression causes it to come out a greater flow of air and water mixture through the outlet section (3). That is, it will cause an increase in mixing speed in the output (3) that multiplied by the section will give us the flow rate. This speed increase we can get it, matching depression produced by air, plus pressure losses, at pressure produced by the speed increase, that is: ½ (v_ {e} 2 - v_ {c} 2) \ rho_ {2} - \ Deltap = Δv2 \ rho_ {m} / 2. Being \ Deltav = Increase of mixing speed of air and water at the outlet; \ rho_ {m} = density of the mixture of air and water at the outlet (3). So the speed increase, Δv = (((v_ {e} 2 - v_ {c} 2) \ rho_ {2} - \ Deltap) / \ rho_ {m} 0.5. If the mixture is ½ of air and ½ of water, the formula is: Δv = (((v_ {e} 2 - v_ {c} 2)) 2 \ rho_ {2} - Δp) / (\ rho_ {1} + \ rho_ {2})) 0.5. In this case the load losses are obtained directly because they depend on v_ {e} and v_ {c} that are known. Therefore the flow rate at output is increased by: S_ {m} \ Deltav. Being S_ {m} the output section (3). Therefore the water flow through the section input (7) will be increased by: S_ {m} \ Deltav / Se.
En las figuras 6 y 7 se muestra al sistema de compresión encerrado en una caja o depósito de aire (17) y con una toma (15) en la dirección del viento, es decir, cuya sección de entrada es aproximadamente perpendicular al sentido de la marcha, que conduce el aire a un difusor (16) y de aquí al depósito (17). De esta forma transformamos la velocidad en presión, que se aprovecha por el compresor.Figures 6 and 7 show the system of compression enclosed in an air box or reservoir (17) and with a takes (15) in the direction of the wind, that is, whose section of entrance is approximately perpendicular to the direction of travel, which conducts the air to a diffuser (16) and from here to the tank (17). From this way we transform the speed into pressure, which is used by the compressor.
En la figura 8 se muestra la nueva fuente de energía renovable en la que durante la marcha se sustituye el sistema de compresión por la compresión producida por la velocidad que lleva el móvil que transformamos en presión mediante una toma (15) un difusor (16) y un depósito (17). Incluye también el sistema de compresión constituido por los dos compresores para cuando el móvil está parado. Este sistema está indicado para altas velocidades y sin grandes cambios, como por ejemplo las de los trenes de alta velocidad.Figure 8 shows the new source of renewable energy in which during the march the compression system for compression produced by speed that carries the mobile that we transform into pressure through an outlet (15) a diffuser (16) and a tank (17). It also includes the system of compression constituted by the two compressors for when the mobile is stopped. This system is indicated for high speeds and without major changes, such as those of the high speed trains
En la figura 9 se muestra la nueva fuente de energía renovable con una toma (11), para la creación de la depresión a la salida (3) orientable con la dirección del viento mediante una veleta timón (18). La unión entre toma (11) y conducto se realiza con rodamientos (21) para evitar la fricción. La fuente de Energía renovable va instalada sobre balsa (22). Ver figura 9.Figure 9 shows the new source of renewable energy with a socket (11), for the creation of the depression at the exit (3) adjustable with the wind direction using a weather vane (18). The connection between socket (11) and duct It is done with bearings (21) to avoid friction. The fountain Renewable Energy is installed on raft (22). See Figure 9.
En los móviles podemos utilizar directamente el par motor de la turbina y eliminar el motor eléctrico, ver figura 10. Acoplando el eje al sistema motriz, mediante caja de engranajes (23), directamente o mediante caja de cambios. El acelerador podría variar las revoluciones del compresor.In mobile phones we can directly use the torque of the turbine and eliminate the electric motor, see figure 10. Attaching the shaft to the drive system, using a gearbox (23), directly or by gearbox. Throttle could vary compressor revolutions.
Si queremos construir una central eléctrica de gran potencia, lo podemos realizar instalando muchas fuentes de energía sobre uno o varios estanques de agua y conectar las salidas de los generadores eléctricos de dichas fuentes a la red eléctrica. En la figura 11 se muestra un ejemplo en que las conexiones se han realizado a la misma diferencia de potencial para posteriormente ser transformada. El (25) representa una fuente, el 14 el recipiente o estanque y el (26) las conducciones eléctricas.If we want to build a power plant of great power, we can do it by installing many sources of power over one or several water tanks and connect the outputs from the electric generators from these sources to the power grid. An example is shown in Figure 11 where connections have been performed at the same potential difference to later be transformed. The (25) represents a source, the 14 the container or pond and the (26) electrical conduits.
Los fluidos disminuyen de densidad al calentarse y disminuyen mucho más si hay un cambio de estado de líquido a gas. A continuación se muestran ejemplos que pertenecen a dos grupos. En el primer grupo, en vez de utilizar dos fluidos diferentes, como hasta ahora, utilizamos un mismo fluido en sus dos estados de líquido y gaseoso. En el segundo grupo utilizamos un mismo fluido a dos temperaturas diferentes.Fluids decrease in density when heated and decrease much more if there is a change of state from liquid to gas. Below are examples that belong to two groups. In the first group, instead of using two different fluids, such as so far, we use the same fluid in its two states of Liquid and gas. In the second group we use the same fluid to Two different temperatures.
En la figura 12 se muestra un ejemplo con un mismo fluido con cambio de estado. Esta fuente está pensada para que el calentamiento se realice con el fluido caliente producido por colectores solares, por lo que interesa utilizar un fluido ecológico con bajo punto de ebullición. Ya que de esta manera los colectores solares a utilizar serán de bajo precio. Al ser baja su temperatura de trabajo.An example with a same fluid with change of state. This source is intended for that the heating is carried out with the hot fluid produced by solar collectors, so it is interesting to use a fluid Ecological with low boiling point. Since in this way the solar collectors to be used will be of low price. Being low his work temperature.
Comparando con los casos anteriores, en el caso de la figura 12, el compresor o sistema de compresión se ha sustituido por un depósito (17) del fluido. El fluido de este depósito se calienta mediante el intercambiador de calor (28) que produce el cambio de estado de líquido a gas. Este depósito incluye una válvula con nivel para 4 que entre el fluido en estado líquido (1) del recipiente (14) e incluye un regulador de caudal (31) de salida, para que el fluido en forma de gas fluya hacia la salida (6) de entrada al conducto (2). Dentro del conducto (2) se incluye un intercambiador térmico para calentar la mezcla de estados del fluido que hay en el interior del conducto (2). De forma que la diferencia de temperaturas entre el estado líquido (1) y el estado gaseoso (2) sea pequeña. A fin de que el gas no ceda su calor y pase a líquido. El conducto (2) incluye un aislamiento térmico (27) para evitar la conducción térmica del interior al exterior del conducto (2). El fluido que sale por la sección de salida (3) es enfriado mediante un enfriador o intercambiador térmico (30), a fin de que todo el fluido pase al estado líquido. El fluido es direccionado mediante la pieza (10) a la zona líquida exterior al conducto (2). El recipiente queda totalmente cerrado al ir unido a la pieza (10). En el estado inicial el recipiente solo tiene fluido en estado líquido, y en la parte superior, a partir de la cota de la sección de salida (3), está lleno de aire. Se incluyen válvulas de tres vías (33), (34) y (35) para los intercambiadores, actuadas por presostato (33) y (35) y mediante sonda de temperatura (34).Comparing with the previous cases, in the case of figure 12, the compressor or compression system has replaced by a reservoir (17) of the fluid. The fluid of this tank is heated by heat exchanger (28) which It produces the change of state from liquid to gas. This deposit includes a valve with level for 4 that enters the fluid in a liquid state (1) of the container (14) and includes a flow regulator (31) of outlet, so that the gas-like fluid flows to the outlet (6) of entrance to the conduit (2). Inside the duct (2) a heat exchanger to heat the mixture of fluid states inside the duct (2). So that the difference of temperatures between the liquid state (1) and the gaseous state (2) be small So that the gas does not give up its heat and passes into liquid. The conduit (2) includes a thermal insulation (27) to prevent thermal conduction from the inside to the outside of the duct (2). He fluid leaving the outlet section (3) is cooled by a cooler or heat exchanger (30), so that all the fluid go to the liquid state. The fluid is directed by the piece (10) to the liquid zone outside the duct (2). The recipient It is completely closed when attached to the piece (10). In the state Initially the container only has fluid in a liquid state, and in the upper part, from the dimension of the output section (3), It is full of air. Three-way valves (33), (34) and (35) for exchangers, operated by pressure switch (33) and (35) and by temperature probe (34).
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En las figuras 13 y 14 se muestra una fuente con un fluido con dos temperaturas diferentes. El fluido interior al conducto (2), con una mayor temperatura, para lo que incluye un intercambiador de calor (36) y el fluido exterior al conducto (2), que está a una menor temperatura, para lo que incluye un enfriador (37), o intercambiador térmico. El conducto (2) va rodeado de un aislamiento térmico (27) para evitar la conducción térmica desde el interior del conducto (2) al exterior. Se incluyen dos válvulas de tres vías (37) y (38) con sonda para controlar las temperaturas. En la figura 13, la turbina se instala antes de la entrada (7). Y a la salida se instala una pieza (10) para direccionar el fluido que sale por la sección de salida (3). En la figura 14, la turbina se instala a continuación de la sección de salida (3). Este sistema es de una gran simplicidad y tiene la ventaja de que la turbina no va sumergida, lo que facilita el mantenimiento. Este segundo grupo de ejemplos, en que se utiliza un mismo fluido con diferentes temperaturas y sin cambio de estado tiene un rendimiento inferior a los otros ejemplos de esta invención, ya que aunque se utilice un fluido de un alto coeficiente de dilatación, la diferencia entre las densidades, fuera y dentro del conducto (2) es menor que en los otros ejemplos. Aunque tiene la ventaja de su gran sencillez.In figures 13 and 14 a source with a fluid with two different temperatures. The inner fluid at conduit (2), with a higher temperature, for which it includes a heat exchanger (36) and the fluid outside the duct (2), which is at a lower temperature, for which it includes a cooler (37), or heat exchanger. The duct (2) is surrounded by a thermal insulation (27) to prevent thermal conduction from the inside the duct (2) to the outside. Two valves are included three ways (37) and (38) with probe to control temperatures. In Figure 13, the turbine is installed before the entrance (7). Yet the outlet is installed a piece (10) to direct the fluid that comes out by the exit section (3). In figure 14, the turbine is installed after the output section (3). This system is one great simplicity and has the advantage that the turbine is not going submerged, which facilitates maintenance. This second group of examples, in which the same fluid is used with different temperatures and without change of state has a lower performance than the other examples of this invention, since although a High expansion coefficient fluid, the difference between densities, outside and inside the duct (2) is lower than in other examples. Although it has the advantage of its great simplicity.
Los términos en que queda redactada esta Memoria son ciertos y fiel reflejo del objeto que se describe, debiéndose tomar con carácter amplio y nunca en forma limitativa.The terms in which this Report is written they are true and faithful reflection of the object described, being Take broadly and never in a limiting way.
El solicitante se reserva el derecho de obtención de los oportunos certificados de adición complementarios por las mejoras o perfeccionamientos que en lo sucesivo pudiera aconsejar la práctica.The applicant reserves the right to Obtain the appropriate complementary addition certificates for the improvements or refinements that hereafter could advise practice.
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