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Title:
ELECTRICITY GENERATION USING AN ELECTRIC TORNADO SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/129629
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a forced convection system of non-conventional renewable energies characterised in that it comprises tubular sleeves (10) containing air that is elevated by thermal capture by means of tubular thermal capturers (1), where the captured air is compressed by a compressor (2) in a thermal expansion chamber (3), the air expanding when tempered by an action of thermal injection obtained from solar sources (4a) and/or geothermal sources (4b), the thermal expansion generating an action of movement on a turbine (5), thus transforming the energy of the compressed air into angular kinetic energy. The tempered air continues to rise through a central channel until reaching tubular thermal dissipators (6) where same is cooled and channeled down through the external part of the tubular sleeves, this being the action that generates kinetic energy in an encapsulated air circuit. Once the air arrives at the base (7) of the tubular sleeves, it enters the tubular thermal capturers (1) where the air is tempered, causing same to rise, thus again incorporating kinetic energy into the encapsulated air circuit. The angular kinetic energy is channeled by means of a kinetic capturer (8) that transmits this energy to an electrical generator (9).

Inventors:
CASTAÑEDA VIVEROS JORGE ANDRÉS (CL)
Application Number:
PCT/CL2018/050004
Publication Date:
July 19, 2018
Filing Date:
January 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ENERGEN S P A (CL)
International Classes:
F03D9/00; F03D9/37; F03D9/48; F03G6/06
Foreign References:
US20150337676A12015-11-26
CN104110307A2014-10-22
CN101539117B2012-04-25
US20030227175A12003-12-11
US5734202A1998-03-31
Attorney, Agent or Firm:
BEUCHAT, BARROS & PFENNIGER (CL)
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Claims:
Reivindicaciones

1 . - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales CARACTERIZADO porque comprende mangas tubulares (10) con aire al interior que se eleva por captación térmica a través de captadores térmicos tubulares (1 ), donde el aire captado es comprimido mediante el compresor (2) en la cámara de expansión térmica (3), donde el aire se expande al temperarse por acción de la inyección térmica obtenida desde las fuentes solar (4a) y/o geotérmica (4b), la expansión térmica genera una acción de movimiento sobre la turbina (5), transformando la energía del aire comprimido en energía cinética angular, el aire temperado sigue en ascenso por el canal central hasta alcanzar los disipadores térmicos tubulares (6), donde se enfría y desciende canalizado por la parte externa de las mangas tubulares, siendo esta la acción que genera energía cinética en el circuito de aire encapsulado, una vez el aire llega a la base de las mangas tubulares (7), ingresa al los captadores térmicos tubulares (1 ), donde el aire se tempera generando su ascenso incorporando nuevamente energía cinética al circuito encapsulado de aire; la energía cinética angular se canaliza por un captador cinético (8) el cual transmite esta energía a un generador eléctrico (9).

2. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las mangas tubulares (10) comprenden una capsula de aire, de forma cilindrica o de otra forma permitiendo la menor resistencia al aire en circulación, además la manga debe o no disponer de una aislación térmica dependiendo si logra mantener una conductividad lambda menor a 0,034 W/(m*K), con un espesor que no permita perdidas térmicas mayores a un 5%.

3. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los captadores térmicos tubulares (1 ) comprenden un material de alta conductividad térmica, de preferencia difusores externos con proyecciones internas que permiten calentar el aire que viene desde arriba frío en las mangas tubulares laterales.

4. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el compresor (2) comprende un rotor y un estator, de una o varias etapas, que gira con un eje central.

5. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la cámara de expansión térmica (3) comprende un difusor de temperatura en su interior, de alta capacidad de trasmisión térmica por donde circula un líquido que retiene la temperatura por largos períodos, también la cámara está fabricada de materiales resistentes tales como el acero, entre otros.

6. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el líquido que lleva el difusor está seleccionado del grupo de agua, agua destilada, agua desmineralizada, agua desionizada, sales líquidas y sus derivados, salmueras y sus derivados, aceites y sus derivados, siliconas, glicol y sus derivados o mezclas, o cualquier líquido que pueda mantener la temperatura por largos periodos de tiempo.

7. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la fuente solar (4a) comprende cualquier alternativa termo-solar conocida para la extracción de energía desde la atmosfera. .

8. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la fuente geotérmica (4b) comprende cualquier alternativa geotérmica conocida para la extracción de energía desde el subsuelo.

9. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la turbina (5) comprenden turbinas del tipo de paso, entre otras. 10.- Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los disipadores térmicos tubulares (6) comprenden un material de alta conductividad térmica, de preferencia difusores externos con proyecciones internas que permiten enfriar el aire que viene caliente desde abajo del sistema, dentro de la manga tubular central.

1 1 . - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el captador cinético (8) o eje motriz, es estándar, de acero reforzado y conecta al

5 generador eléctrico mediante un sistema de transmisión con embrague, donde además comprende un cardan.

12. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la o distribución de todo el sistema es en forma de doble cero con un lado compartido, donde el lado compartido, es la manga tubular central y las dos mangas tubulares externas son los lados no compartidos de los ceros, donde, el aire fluye hacia arriba por la manga central y converge descendiendo por las mangas tubulares externas.

5

13. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque en la parte superior de las mangas tubulares externas hay una zona con disipadores tubulares térmicos (1 ), que comprende toda la curva o una porción de esta.0

14. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque en la parte inferior de las mangas tubulares externas hay una zona con captadores térmicos tubulares (6), que comprende toda la curva o una porción de esta.5

15. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema puede estar montado directamente en la ladera de la superficie o levantado en soportes.

16. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque la manga tubular central comprende dentro de su estructura y en el siguiente orden ascendente, el compresor (2), la cámara de expansión térmica (3) y la turbina (5).

17. - Sistema de convección forzada de energías renovables no convencionales, según la reivindicación 16, CARACTERIZADO porque la posición dentro del compresor (2), la cámara de expansión térmica (3) y la turbina (5), en la manga tubular central se da de preferencia, pero no exclusivamente, dentro del primer tercio de esta en forma ascendente.

Description:
Generación de Electricidad por el Sistema Tornado Eléctrico

Campo Técnico de la Invención La presente invención cae dentro del campo energético, específicamente en la generación de energía por fuentes renovables no convencionales (ERNC), tal como la generación de energía eléctrica por convección de aire. Resumen de la Invención

Utilizando la geografía natural de la cordillera y los principios básicos de la termodinámica y las leyes de Newton, es posible emular la formación atmosférica de un tornado con el propósito de generar, de manera controlada, energía cinética angular la cual se extrae en forma de electricidad.

Descripción del estado del arte

La generación de electricidad en Chile se encuentra basada en la producción a través de Hidroelectricidad y a través de la generación termoeléctrica, ambas con una participación sobre un 95% de la generación, siendo las ERNC (energías renovables no convencionales) con menos del 5% de generación. Dentro de las ERNC conocidas se encuentran la generación de energía por fuerza Eólica y Fotovoltaica, Mareomotriz, Geotérmica, entre otras

En el mundo existen variadas soluciones de ERNC en desarrollo, pero ninguna aún con la capacidad de desarrollo industrial tal que permita el reemplazo de una fuerte convencional por las energías renovables no convencionales.

Existe en el estado del arte una solución de termodinámica por convección (US 4,275,309), la cual consiste en calentar una superficie de terreno con el sol lo que provoca un calentamiento del aire circundante el que se encamina hacia una chimenea provocando un ascenso forzado del aire por la chimenea por convección, ese aire forzado acciona unas aspas que giran y generan electricidad, tal como se muestra en la figura 1 /5. Este sistema es abierto, tomando el aire del ambiente y mediante la chimenea lo entrega al medio ambiente también.

En la naturaleza opera un sistema similar, también abierto, como es la formación del viento. En general el viento funciona a través de un mecanismo de flujos de aire divergente donde el aire caliente sube hacia áreas donde hay aire más frió generando un flujo. Para esto las condiciones atmosféricas operan con centros de baja y alta presión, tal como se puede ver en la figura 2/5, donde en el núcleo de la columna de aire hay un centro de baja presión lo cual hace fluir el aire en forma circular. Como se menciona previamente, el aire caliente en forma circular sube en la columna de aire hasta áreas de divergencia más frías, generando flujos de aire.

Por otro lado, las tecnologías de generación eléctrica por convección se han perfeccionado, introduciendo variables para la optimización de las turbinas de generación eléctrica, como se presenta en el documento WO 2012/014241 , en el cual se presenta una estructura para la producción de energía eléctrica por fuentes renovables como el viento y el sol debido a la generación de una corriente de aire que se mueve dentro de un compartimento desde la parte inferior hasta la parte más alta debido a la diferencia de la presión del aire que se crea artificialmente y por la utilización del calor inducido por la radiación solar sobre órganos termoeléctricas que pueden convertir el calor en energía eléctrica por la corriente de aire que circula dentro de la misma habitación controlada.

Con respecto a las torres solares, existe una amplia bibliografía, tal como los documentos US 4275309, CA 1023564 o WO 2004 036039 en donde todos los sistemas son abiertos, generando energía eléctrica con aerogeneradores movilizados por la convección del aire en la torre.

Descripción del Invento en General

Debe notarse que el uso, aquí y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un "elemento", es una referencia a uno o más elementos e incluye formas equivalentes conocidas por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a "un paso", "una etapa" o a "un modo", es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes.

Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo -más inclusivo- posible. Así, por ejemplo, la conjunción "o" debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un "o excluyente", salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables.

Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta.

Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta.

Los métodos, técnicas, dispositivos, sistemas, equipos y materiales son descritos aunque métodos, técnicas, dispositivos, sistemas, equipos y materiales similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención. Las estructuras aquí descritas deben, también, entenderse que se refieren a cualquier estructura similar o funcionalmente equivalente. Se incorporaron previamente todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente invento. Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente.

Utilizando el principio básico de usar fuentes de energía existentes en el medio ambiente, específicamente nos concentramos en disponer como fuentes energéticas, las diferencias térmicas del y/o dentro del suelo a diferentes alturas. Este suelo puede ser entendido desde una simple pendiente hasta el suelo en un ángulo de 90 Q dentro del suelo.

En general, el termino convección se refiere a una forma de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).

En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

Nos referiremos a un centro u/o área de baja presión a un área donde la presión normalizada es más baja con respecto a la presión promedio que puede contener un circuito cerrado, con un volumen determinado.

Nos referiremos a fuente solar o geotérmica a fuentes de energía convencional no tradicional donde el agente generador de esa energía es la fuente solar y/o la diferencia térmica generada por la actividad tectónica producida en el subsuelo profundo o poco profundo.

Descripción del sistema específico

La problemática de poder generar de manera eficiente y continua electricidad utilizando las energías renovables no convencionales, tal como los sistemas de convección natural, siempre han tenido el problema de las grandes superficies planas y altamente expuestas que se requieren para calentar el aire que atraviesa las turbinas. También, el nulo control que se puede ejercer sobre la radiación solar que reciben, muy diferentes en condiciones diurnas y nocturnas.

Por otro lado, el soporte de las torres solares es auto-sustentado (teniendo que tener una ingeniería estructural importante) a diferencia de la presente patente en donde se utiliza la pendiente natural donde se disponga el sistema.

Los sistemas de generación eléctrica por convección abierta están expuestos a las variaciones naturales del viento y a las condiciones atmosféricas que en muchos casos pueden neutralizar el efecto deseado de la convección a diferencia de la presente patente en donde se encapsula la masa de aire circulante y solo se aprovechan las condiciones de gradiente térmica del medio ambiente por altura, que son estables, mediante el uso de los disipadores, de los captadores, de los colectores solares térmicos.

La presente innovación está basada en la termodinámica, donde se dispone de un circuito cerrado de aire el cual circula forzadamente por el fenómeno termodinámico de convección, utiliza un compresor de aire, una cámara de expansión donde se es inyectada energía térmica, en su forma solar o geotérmica, una turbina que es accionada por el caudal de aire termodinámicamente generado, transformando así, el movimiento del aire en energía cinética angular, la cual es transportada mediante un eje metálico a un generador eléctrico accionándolo para producir electricidad.

El aire está contenido en mangas tubulares cerradas en forma de anillos unidos, apoyados en una pendiente, tal como la ladera de una montaña, con una altura vertical que comprende desde los 100 metros hasta los 100.000 metros, de preferencia unos 1 .000 metros aproximadamente, así para el caso de la superficie en una montaña, el aire contenido que asciende por la captura de calor en la base, es comprimido por el compresor, luego ingresa a la cámara de expansión, a esta cámara de expansión le es inyectada energía térmica colectada por paneles solares o generada por geotermia, lo que provoca que el aire en la cámara se caliente produciendo una expansión que se traduce en aumento de la presión, provocando una acción de ascenso del aire que acciona una turbina, el aire continua ascendiendo hasta el punto más alto de las mangas donde se separan, en ese punto se dispone de disipadores que enfrían el aire provocando que este descienda por las mangas laterales por efecto termodinámico, hasta llegar a la base de las mangas donde se ubican captadores de calor ambiente lo que provoca que el aire vuelva a subir, esta vez por la unión central de las mangas tubulares, ascendiendo el aire y volviendo al compresor donde se repite el circuito.

Se genera así una circulación infinita controlada dentro del circuito cerrado de las mangas tubulares. Este mecanismo de funcionamiento lo hemos denominado Tornado Eléctrico, por la similitud de funcionamiento con los tornados, y el aire en circulación sumado a la expansión provocada por la inyección de temperatura térmica, permite la generación de electricidad de manera limpia, eficiente, sin más alteración al medio ambiente que la ubicación de las mangas tubulares en la ladera de una montaña, que normalmente están desnudas.

El estado del arte actual no muestra una solución como esta, limpia, eficiente, no invasiva y por sobre todo renovable sin límite, al tratarse de recirculación de aire encapsulado no hay interacción mecánica con el medio ambiente.

Principio de funcionamiento de la invención (figura 3/5):

Por termodinámica básica, el aire al interior de las mangas tubulares (10) se eleva por captación térmica 1 (1 )

Se captura es aire mediante compresor de 3 etapas (2) el que comprime el aire en la cámara de expansión térmica 2 (3) En esta cámara el aire se expande al temperarse por acción de la inyección térmica obtenida desde la fuente solar o geotérmica (4).

La expansión térmica 2 (3) genera acción sobre la turbina de 3 etapas (5), transformando la energía del aire en energía cinética angular. El aire temperado sigue en ascenso hasta alcanzar el punto de disipación (6), donde se enfría el aire.

El aire frío, por efecto termodinámico desciende canalizado por la parte externa de las mangas tubulares, siendo esta la acción que genera energía cinética al circuito de aire encapsulado.

Una vez el aire llega a la base de las mangas tubulares (7), ingresa al área de captación térmica 1 (1 ), donde el aire se tempera generando su ascenso incorporando energía cinética al circuito encapsulado de aire.

Al ingresar el aire al área del compresor de tres etapas (2), se repite el ciclo. La energía cinética, previamente generada se canaliza por un captador cinético 8, que comprende un cardan, el cual transmite esta energía a un generador eléctrico (9).

En consecuencia, se emula el funcionamiento de un tornado, generando energía cinética angular la cual se extrae en forma de electricidad.

Descripción de los elementos

1 .- Manga Tubular Este componente conforma la capsula completa de aire. Su forma debe ser cilindrica ya sea circular, rectangular u otra, que permita la menor resistencia al aire en circulación. Esta manga debe disponer de una capa de aislación térmica y/o directamente de algún material que posea una conductividad térmica lambda mejor a 0,034 W/(m * K), con un espesor tal que las perdidas térmicas no superen el 5%. La resistencia de la materialidad de esta manga debe ser tal que permita su instalación directa en la ladera de un cerro y/o soportada por pilotes de concreto, debe permitir fluctuaciones de temperatura, elasticidad y soportar esfuerzos mecánicos. La distribución de la manga tubular en todo el sistema es en forma de doble cero con un lado compartido, donde el lado compartido, es la manga tubular central y las dos mangas tubulares externas son los lados no compartidos de los ceros, donde, el aire fluye hacia arriba por la manga central y converge descendiendo por las mangas tubulares externas.

2.- Captador Térmico Tubular (1 )

Este componente se aloja en el área (B) de las mangas en su base. Son principalmente de un material de alta conductividad térmica. Los materiales de preferencia comprenden el cobre, aluminio, entre otros metales y aleaciones; y su función es conducir la temperatura ambiente exterior de la manga hacia el interior de la misma por medio de difusores para temperar el aire que viene frió.

Este componente presenta en general una estructura interna tubular y una estructura externa con aumento de superficie, esto quiere decir que la estructura externa comprende cualquier configuración en donde se amplifique el área para intercambiar calorías.

Dentro de los múltiples posibles dispositivos de captación térmica, se puede señalar que se busca los dispositivos que logren una transferencia térmica óptima y con baja pérdida térmica entre el aire al interior del sistema y el aire de la parte baja (área B).

3.- Disipador térmico tubular (6)

Este componente se aloja en el área A de las mangas, en la parte superior del sistema. Están constituidos principalmente de un material de alta conductividad térmica. Los materiales de preferencia comprenden el cobre, aluminio, entre otros metales y aleaciones; y su función es conducir la temperatura del aire al interior de la manga hacia el ambiente frío, de tal forma de que el aire al interior de la manga se enfríe.

Este componente presenta en general una estructura interna tubular y una estructura externa con aumento de superficie, esto quiere decir que la estructura externa comprende cualquier configuración en donde se amplifique el área para intercambiar calorías.

Dentro de los múltiples posibles dispositivos de disipación térmica, se puede señalar que se buscan los dispositivos que logren una transferencia térmica óptima y con baja pérdida térmica entre el aire al interior del sistema y el aire de la parte alta (área A)

4.- Compresor de Aire

Este componente tiene por función recepcionar el aire ascendente temperado y comprimirlo hacia la cámara de expansión.

El compresor está compuesto por un rotor y un estator, de 1 o más etapas, que gira con eje central. Otra característica del presente compresor es que es del tipo de "paso", al igual que en las turbinas de un avión y en cómo operan, sin ser restrictivo a solo este tipo de compresores o modificaciones en los mismos compresores. Este compresor está dispuesto en forma posterior a los disipadores térmicos tubulares, en la manga tubular central. 5.- Cámara de Expansión

Este componente tiene por función recibir el aire desde el compresor, alojarlo y expandirlo mediante difusores de temperatura ubicados al interior de esta cámara. Estos difusores son principalmente serpentines de cobre u otros materiales de alta capacidad de transmisión térmica, por donde circula un líquido en su interior, tal como, agua, agua destilada, agua desmineralizada, agua desionizada, sales líquidas y sus derivados, salmueras y sus derivados, aceites y sus derivados, siliconas, glicol y sus derivados o mezclas, o cualquier líquido con la capacidad de poder transferir calor captado previamente por los paneles solares, un ejemplo de preferencia es el glicol, aunque sin restringirse a solo este compuesto.

Al temperar el aire, este se dilata y aumenta su presión en la cámara generando una fuerza de acción hacia la turbina, teniendo impedido el retorno, por efecto de la fuerza del compresor. Esta cámara, está dispuesta entre el compresor y la turbina.

6.- Turbina

Este componente tuene por función ser accionado por efecto de la fuerza de expansión del aire en la cámara de expansión. Transforma así en energía cinética angular la fuerza expansiva del aire. Esta energía cinética angular se transmite al eje central como fuerza motriz. La turbina está compuesta por un estator y un rotor, de 1 o más etapas.

El tipo de turbina seleccionado depende de su capacidad de manejar bajas revoluciones, tal como una turbina a gas de bajas revoluciones, sin restringir este caso a otras alternativas y modificaciones.

7.- Compuertas de alivio En las mangas tubulares externas y antes de los componentes de disipación y captación térmicas se alojan compuertas que permiten cerrar o abrir el circuito encapsulado de aire, permitiendo aliviar el circuito cerrado en caso de ser necesario. 8.- Eje motriz o captador cinético

El eje motriz conecta los rotores del compresor y de la turbina, recibiendo la fuerza motriz con el propósito de transmitirla hacia el generador eléctrico, comprendiendo también un cardan.

Este eje motriz es estándar, de acero reforzado que conecta al generador eléctrico mediante un sistema de transmisión con embrague.

9.- Generador de electricidad El generador de electricidad es accionado mediante el eje motriz, y al girar transforma la energía angular en electricidad.

Esta electricidad es transmitida hacia los consumos mediante cable de cobre.

10. - Paneles solares térmicos

Los paneles solares térmicos se ubican bajo la base de las mangas para captar energía térmica solar y conducirla hacia la cámara de expansión mediante los serpentines de cobre.

Se utilizarán paneles solares térmicos existentes en el mercado de cualquier tipo.

Así, permiten inyectar energía térmica suficiente para producir la expansión del aire dentro de la cámara de expansión.

1 1 . - Bomba de calor geotérmica

La bomba de calor geotérmica es complementaria y permite obtener energía térmica de la tierra y transmitirla hacia la cámara de expansión mediante los serpentines de cobre. Esta bomba puede ser alimentada con energía eléctrica producida por el propio generador eléctrico y/o de una red externa. Mecanismos físicos de las fuerzas que se generan al interior de la manga de aire encapsulado. Por convección térmica, el aire es enfriado mediante los disipadores térmicos, este proceso permite que el aire se enfríe, se haga más denso y baje por acción de la gravedad.

Esta caída de aire provoca un movimiento descendente del mismo al interior de las mangas externas, arrastrando de esta forma y por acción de la encapsulación de todo el aire a girar al interior de manga.

El aire así llega con velocidad y energía cinética, por convección, a la base de las mangas, siendo la primera fuente de energía considerada al interior de la cápsula.

Llegando a la base de la manga, el aire ingresa al área de captación de temperatura ambiente, al temperarse el aire (aumento de temperatura) este se hace menos denso y tiende a elevarse, generando energía cinética por convección hasta llegar al compresor, siendo la segunda fuente de energía considerada al interior del sistema encapsulado.

El compresor comprime el aire dentro de la cámara de expansión, donde se inyecta energía térmica que hace aumentar la presión del aire al interior de la cámara generando una fuerza de acción que se liberará hacia la turbina. Esta es la tercera fuente de energía considerada al interior del sistema encapsulado.

La suma de estas tres fuerzas que son captadas por la turbina como energía cinética angular y mediante el eje se transmite a un generador eléctrico, produciendo en definitiva energía eléctrica.

El encapsulamiento del aire en un circuito cerrado permite la sumatoria de las fuerzas, una ayudando a la otra, generando un movimiento sin fin del aire al interior de la cápsula.

Descripción de Figuras

Figura 1 /5

Esta figura presenta el estado del arte con respecto a las torres generadoras por convección, donde se aprecia en posición central la torre y en el perímetro, la superficie que capta el calor y lo canaliza luego a la torre. Figura 2/5

Esta figura presenta el funcionamiento natural de cómo se generan los centros de baja presión y como estos a su vez van produciendo corrientes de viento divergente o convergente dependiendo el lugar del centro de baja presión. Fiqura 3/5

Esta figura presenta un esquema del funcionamiento del sistema de tornado eléctrico. Representa el sistema dispuesto en una montaña con una elevación aproximada de 1000 metros (con una gradiente térmica entre 6 y 8 grados Celsius), utilizando una manga promedio de 6 metros de diámetro.

(1 ) Captación térmica (Expansión 1 ) (2) Compresor, este compresor puede tener diferentes etapas, de preferencia tres.

(3) Expansión térmica (Expansión 2) (4) Fuente geotérmica o solar

(5) Turbina esta turbina puede tener diferentes etapas, de preferencia tres. (6) Disipación térmica (Contracción 1 )

(7) Zona inferior de la manga

(8) Captador cinético (9) Generador eléctrico

(10) Mangas aisladas

(1 1 ) Zona superior de la manga

(A) Área de alojamiento del disipador Térmico Tubular.

(B) Área de alojamiento del captador Térmico Tubular.

Figura 4/5

Esta figura representa un dibujo técnico de la distribución del sistema en una vista desde arriba con cada una de sus partes y piezas.

(1 ) captador térmico tubular

(2) Compresor, este compresor puede tener diferentes etapas, preferencia tres.

(3) Difusor de temperatura (zona de expansión térm

(4) a) Fuente geotérmica

(4) b) Fuente solar (5) Turbina, esta turbina puede tener diferentes etapas, de preferencia tres.

(6) Disipador térmico Tubular (Contracción)

(7) Zona inferior de la manga

(8) Captador cinético

(9) Generador eléctrico

(10) Mangas aisladas

(1 1 ) Zona superior de la manga

(12) Bomba impulsora Figura 5/5

Esta figura presenta el sistema dispuesto en su posición óptima en la ladera de un cerro.

(1 ) captador térmico tubular (2) Compresor, este compresor puede tener diferentes etapas, de preferencia tres.

(3) Difusor de temperatura (zona de expansión térmica)

(4) a) Fuente geotérmica

(4) b) Fuente solar

(5) Turbina, esta turbina puede tener diferentes etapas, de preferencia tres.

(6) Disipador térmico Tubular (Contracción)

(7) Zona inferior de la manga

(8) Captador cinético

(9) Generador eléctrico

(10) Mangas aisladas

(1 1 ) Zona superior de la manga

(12) Bomba impulsora Ejemplo de Aplicación.

1 .- Utilizando la ladera de una montaña de la cordillera de Los Andes Chilenos, al interior del Cajón del Maipo en el sector "El Ingenio", de construyó un circuito cerrado con forma de doble cero, como la descrita en la presente memoria, con un diámetro de 6 metros en todas sus partes y una altura de 1 .000 metros verticales.

El diámetro interno de todos los tubos es de 6 metros, el espesor del contorno de los tubos es de 10 cm. El material de los tubos es polipropileno PPR recubierto en poliuretano expandido y todo abrigado con lámina de aluminio.

El volumen total del circuito es mayor a 122.000 m3. 2.- Tal como se describe en la presente memoria, en la parte baja del eje central se dispuso el sistema de compresor, cámara de expansión y turbina, todo montado sobre un eje de acero el que se extiende más allá de la manga por su parte inferior. El compresor es específico para este propósito, el cual corresponde a un compresor de aire rotativo de aspas, de tres etapas intercaladas rotor y estator.

El diámetro del sistema compresor, cámara de expansión y turbina es de 5,8 metros, su arquitectura es como se muestra en las figuras presentadas en la memoria descriptiva, recta y lineal. Su revestimiento exterior es el mismo descrito para el resto de los tubos. Se soporta en una estructura de acero mediante un eje de acero el cual rota sobre rodamientos.

La turbina es específica para este propósito, la cual corresponde a una turbina de aire rotativo de aspas, de tres etapas intercaladas estator y rotor.

3. - En las curvas salientes de la parte alta del circuito, se instalaron difusores térmicos de aluminio, los cuales al interior de la manga o tubo está compuesto por tiras metálicas de 1 cm de espesor y por la parte externa de la manga está compuesto por láminas metálicas de 5 metros de alto.

El difusor es una estructura única de aluminio con una parte en el interior del tubo la otra parte en el exterior del tubo. Cumple entonces la función de conectar térmicamente el aire interno del tubo con el exterior, produciéndose intercambio térmico.

4. - En las curvas entrantes de la parte baja del circuito, se instalaron captadores térmicos de aluminio, los cuales, al interior de la manga o tubo, está compuesto por tiras metálicas de 1 cm de espesor y por la parte externa de la manga está compuesto por láminas metálicas de 5 metros de alto.

El captador es una estructura única de aluminio con una parte en el interior del tubo la otra parte en el exterior del tubo. Cumple entonces la función de conectar térmicamente el aire interno del tubo con el exterior, produciéndose intercambio térmico. 5. - Se disponen compuertas en las curvas salientes de la parte alta del circuito y en las curvas entrantes de la parte baja del circuito. Para esta prueba, estas compuestas se accionan manualmente.

Para esta prueba se usaron 4 compuertas, pudiendo aumentar su número más adelante. Para esta aplicación, las compuertas son curvas siguiendo la forma del tubo, específicamente rectangulares curvas de arco de 3 metros y largo de 10 metros. Su accionar es manual en esta aplicación y se ajustan con pernos.

6. - A continuación del eje o captador cinético de la memoria descriptiva que se extiende más allá del circuito por la parte baja, se conecta a un eje cardan, que es parte del captador cinético, con crucetas en sus extremos, a continuación, se conecta un sistema de embrague accionado manualmente y por último se adiciona un generador de electricidad convencional.

Para esta prueba se utilizó un generador del tipo alternador de 10 KVA, generando corriente alterna multi-ciclos. Este dispositivo puede tener diferentes variantes para la presente invención, donde lo importante es el circuito que genera la fuerza motriz para hacer girar este generador.

7. - En la cámara de expansión se instaló un serpentín de cobre de 100 vueltas, de 2,54 cm de diámetro el tubo, en forma de espiral concéntrico, se construyen de tubos de cobre específicamente para esta aplicación. Este serpentín se conectó al exterior con un sistema de paneles solares térmicos, como tubos o cañerías de cobre soldadas, conformando un circuito cerrado. El serpentín se llenó con agua desmineralizada corriente a una presión de 5 bar. Una bomba de recirculación hace circular esta agua por el serpentín y los paneles solares de forma constante.

Se utilizaron 100 paneles solares térmicos. Este sistema de paneles solares térmicos más el serpentín de cobre al interior de la cámara de expansión, funciona exactamente igual que los calentadores de agua sanitaria domésticos. El caudal es variable, desde 1 a 1000 litros por minuto.

8. - Para esta instalación no se utilizó el sistema de bomba de calor geotérmica, aunque es posible su utilización como alternativa.

9. - El experimento comienza con el cierre de las 4 compuertas (dos en la parte alta del sistema y dos en la parte baja), se aprecia que el aire al interior de la capsula comienza a circular, por el eje central hacia arriba y por las mangas laterales hacia abajo.

10. - Esta circulación del aire aumenta su velocidad paulatinamente a una taza de entre 5 a 100 Km/h dependiendo de las diferencias de presión generadas hasta que comienza a rodar el eje de acero, aproximadamente a 1 hora desde el cerrado de las compuertas, producto de la acción de la turbina y el compresor. 1 1 .- Luego de llegar a las 1 .000 RPM aproximadamente a las 1 ,5 horas desde el cerrado de las compuertas, mediante el embrague, se conecta el generador eléctrico. 12.- El generador eléctrico tiene conectados instrumentos de medición eléctrica, tales como amperímetro y voltímetro, y una impedancia eléctrica resistiva.

13. - Durante los períodos de medición de unas 4 a 5 horas diurnas (Desde las 13 horas hasta las 18 horas) se logró medir hasta 10 Mega Watts de potencia entregada.

14. - Durante los períodos de medición de 3 horas nocturnas (desde las 0 hasta las 4 horas) se logró medir hasta 3 Mega Watts de potencia entregada.

15. - Durante el desarrollo de esta aplicación se logró comprobar que la circulación de aire al interior de la cápsula no se detiene entre el día y la noche. Esto es por la acción de la gradiente térmica que se mantiene en forma constante en el día y la noche ante una diferencia vertical de altura de 1 .000 metros.

16. - Ciertamente la inyección de calor a la cámara de expansión mejora el rendimiento de generación. En este ejemplo se inyectó calor a 40 °C, unos 10 a 20 GJ. 17. - Tal como se describe en la presente memoria descriptiva, el aire frío cae con aceleración de gravedad por su aumento de peso específico a una taza de entre 5 a 100 Km/h dependiendo de las diferencias de presión generadas, entre la parte alta de la cápsula en comparación con la parte baja de la cápsula, generando el impulso al total del aire encapsulado.

18. - Adicionalmente, el aire aumenta su temperatura en las curvas entrantes del eje central del circuito, haciéndose más liviano y generando el impulso de subida. El calor introducido, de entre 10 a 20 GJ en la cámara de expansión favorece el impulso de subida.

19. - En definitiva, la acción conjunta de subida de aire caliente más las bajadas de aire frío, generan una fuerza continua dentro del circuito durante el día y la noche, diferenciándose en esta aplicación por la ausencia de calor adicional en la cámara de expansión durante la noche, lo que se soluciona opcionalmente con un sistema de generación de calor nocturno como lo es el sistema geotérmico.