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WO2018201262A1 - Método y sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental - Google Patents

Método y sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental Download PDF

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WO2018201262A1
WO2018201262A1 PCT/CL2018/000012 CL2018000012W WO2018201262A1 WO 2018201262 A1 WO2018201262 A1 WO 2018201262A1 CL 2018000012 W CL2018000012 W CL 2018000012W WO 2018201262 A1 WO2018201262 A1 WO 2018201262A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluid
state
pressure
piston
mechanical energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CL2018/000012
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jean Baptiste SANTANDER KUBORN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from CL2017003499A external-priority patent/CL2017003499A1/es
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Publication of WO2018201262A1 publication Critical patent/WO2018201262A1/es
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F03G7/045—Environmental heat plants or OTEC plants using an Organic Rankine Cycle [ORC] or a Kalina Cycle

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer system of the environment, through a closed cylinder / piston system, in whose closed chamber there is a fluid that is sensitive to the temperature change outside said chamber, wherein said fluid It changes state when the temperature of the environment changes. More specifically, the present invention relates to a method for producing mechanical energy from ambient heat and a system for executing said method, usable for generating electrical energy through the operation of electromechanical equipment.
  • Tidal energy as a source to be used presents risks against the subsistence of marine fauna, and in need of minimum conditions of tidal amplitude, restricts the possibilities of location of producing plants. Also, a general restrictive condition is given by the need to have maritime costs for the installation of plants.
  • Hydroelectric power requires the existence of adequate rivers or bodies of water, with an indispensable minimum flow for the production of energy on an industrial scale.
  • Nuclear energy uses highly polluting sources, produces radioactive waste that is difficult to handle and dispose of.
  • the safe location of energy producing plants requires special conditions of ground stability.
  • Plants that use solar radiation as a source require low slope terrain and oriented in the southern hemisphere to the north and vice versa.
  • the method proposed in the present application addresses the need to locate energy producing plants in any available place, subject only to the existence of a thermal oscillation and high pressures, within appropriate parameters, since its ease of location exceeds the limitations that affect the production of electric energy that uses wind, geothermal, tidal, hydroelectric, nuclear, thermosolar and photovoltaic sources as sources, and that which comes from the use of fossil fuels.
  • circuit a confined circuit
  • circuit a confined circuit
  • the system also includes a supporting structure composed of beams and pillars to support the pipes.
  • WO 2016/186572 discloses a machine that takes advantage of ambient heat or waste heat and generates renewable energy with cold energy as a byproduct using a closed circuit carbon dioxide working fluid.
  • the machine is known as an ambient heat engine that comprises an expander to reduce the temperature of a fluid; a low pressure heat exchanger connected to the expander to ensure that the fluid remains in a fluidized state; a hydraulic motor additionally connected to the low pressure heat exchanger to convert the hydraulic pressure of the fluid that receives energy from at least ambient heat or of low quality and fluid flow into displacement; and a high pressure heat exchanger to reheat the fluid by ambient heat to prevent freezing.
  • the expander, the low pressure heat exchanger, the hydraulic motor and the high pressure heat exchanger are connected together forming a closed circuit to circulate the fluid.
  • US 2014/053544 discloses a thermal engine system comprising a first heat exchanger, an expander, a second heat exchanger and a valve assembly.
  • the first heat exchanger is in communication with a heat source to heat a working fluid inside.
  • the expander is downstream of the first heat exchanger and is in communication with it to receive the thermal working fluid.
  • the second heat exchanger is downstream of the expander and in communication with it to cool the working fluid received from it.
  • the valve assembly is in communication with the second heat exchanger and the expander to provide selective injection of the expander with cooled working fluid of the second heat exchanger.
  • US 2012/288391 discloses a thermal engine that has a housing.
  • a generally triangular shaped rotor can drive a travel crank when it rotates eccentrically inside the housing.
  • Two inlets with valves and two exhaust pipes are provided.
  • the volume between each rotor face and the housing defines three expansion chambers.
  • Six power cycles (one for each expansion chamber in two inputs) are provided per revolution of the rotor.
  • Each valve controls the length of time that high pressure gas is allowed to enter each expansion chamber.
  • the valves are controlled by a processor and close when sufficient pressure is supplied so that the pressures inside and outside the expansion chamber are equal when the chamber is fully expanded just before the escape.
  • the gates can provide a mechanical advantage to the rotor by reducing the amount of pressure applied to the back side of the fulcrum.
  • US 3,774,397 discloses a heat engine substantially free of contamination that uses steam as a working fluid and that can be operated in a cycle that approximates a Rankine cycle.
  • the engine includes a light-weight, small boiler expander and condenser system, highly efficient, using advanced material technology to achieve maximum system operating temperatures of approximately 1200 ° F and operating pressures of up to 3,500 psi.
  • the engine is especially suitable for use in motor vehicles and is capable of quick starting to produce 65 percent of the maximum power in 45 seconds or less.
  • the engine provides an inactive mode of operation for driving vehicle accessories and the like and is also sensitive to produce rapid changes in power required for acceleration and heavy pulls on steep slopes.
  • the present invention consists of a method for producing mechanical energy from ambient heat and a system for executing said method, usable to generate electrical energy through the operation of electromechanical equipment.
  • the proposed solution is based on using the ambient heat, in combination with pressure variations, in order to cause the change of state of the fluid, which in the case of carbon dioxide from now on "C0 2 ", subjected to high pressures within a closed circuit, changes from its gaseous state to the liquid or partially liquid states and vice versa, supercritical fluid state to the solid or partially solid states and vice versa, and gaseous state to the supercritical fluid states and vice versa, which in the case of water, preferably distilled water, hereinafter "water”, subjected to high pressures within a closed circuit, changes from its liquid state to solid or partially solid states such as "Ice II, or Ice III, or Ice V, or Ice VI, or Ice VII "and vice versa, substance that will be transformed into one or the other depending on the temperature reached due to the state of equilibrium to which the system tends; that is, the tendency of this fluid to reach or equalize the ambient temperature caused by a heat transfer heat process.
  • the method implies the variation of pressure on the circuit, so as to
  • the system works in a temperature sensitive area that can be seen in the Pressure / Temperature graph. If you have a closed cylinder / piston system and the ambient temperature drops, the system absorbs heat from the environment, in the case of the change from liquid to gaseous state, vaporizing, whereby the system expands by traveling the piston a distance "L" causing mechanical work ..
  • the temperature and pressure of the fluid are below the curve (Vaporization / Condensation), and the ambient temperature increases or decreases, the change of state of liquid to gas will occur. The same is true for the change in the state of gas to liquid but the pressure and temperature must be above the Vaporization / Condensation curve.
  • Figure 1 shows a schematic view of the cylinder / piston system where the ambient temperature is at a higher temperature than the of the fluid inside the circuit, the expansion of the system is appreciated, a product that absorbs heat "Q" from the environment.
  • Figure 2 shows a schematic view of the cylinder / piston system of Figure 1 where the piston has been connected to a unidirectional brake booster or an electronically actuated unidirectional valve or the like to stop its stroke.
  • Figure 3 shows a schematic view of the cylinder / piston system, where the piston is compressing and the ambient temperature is at a higher temperature than the fluid inside the circuit, it gives heat "Q" to the environment, in the case where The system is changing from liquid to solid, causing the generation of the solid.
  • Figure 4 shows a schematic view of the cylinder / piston system, where the piston is released, and in the event that the ambient temperature is at a higher temperature than that of the fluid inside the circuit it absorbs heat "Q" from the environment, given that the fluid is melting.
  • the figure shows a schematic view of the cylinder / piston system of Figure 4 where the piston has been connected to a brake booster or an electrically operated unidirectional valve to stop its stroke, and thus start a new cycle with the support of other components of the unit of force
  • Figure 6 shows an enlarged graph Pressure Water temperature in the sensitive area where the system moves in the ice zone Ih, II, III, V and VI.
  • Figure 7 shows a Water Pressure / Temperature graph in the sensitive area where the system moves in the ice zone Ih, II, III, V, VI and VII.
  • Figure 8 shows a Pressure / Temperature graph of CO2 carbon dioxide.
  • Figure 9 shows a schematic view of the cylinder / piston system where the chamber is connected by pipes to a plurality of capillary pipes.
  • Figure 10 shows a schematic front elevation view of an embodiment of a plant for power generation, according to the present invention.
  • Figure 11 shows a schematic plan view of an embodiment of a plant for power generation, according to the present invention.
  • Figure 12 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plant for power generation, according to the present invention.
  • Figure 13 shows a graph with the change of state when the fluid is at a higher temperature than the ambient temperature.
  • Figure 14 shows a graph with the change of state when the fluid is at a lower temperature than the ambient temperature.
  • Figure 15 shows a schematic view of two cylinder / piston systems connected through a force unit.
  • Figure 16 shows a schematic view of a cylinder / piston system connected through a force unit.
  • Figure 17 shows a schematic view of a cylinder / piston system inserted into the linear intensifier pump type unit or the like together with two circuits.
  • the present invention consists of a method for producing mechanical energy from ambient heat and a system for executing said method, usable to generate electrical energy through the operation of electromechanical equipment.
  • the present invention operates on the basis of heat exchange from the atmosphere to the chamber (5) of a cylinder system (1) piston (2).
  • the chamber (5) has reached a pressure as an example greater than 7 Pa according to that shown in graphs 6, 7 and 8, generating in said chamber (5) liquid or supercritical fluid.
  • a heat exchange occurs, wherein the chamber (5) absorbs heat from the environment when said fluid melts.
  • W mechanical work
  • an electronically operated unidirectional brake booster (26) is connected to the piston 2, which stops it.
  • the chamber (5) absorbs heat, but since the piston is braked, the pressure rises the vapor begins to transform into liquid, as shown in Figure 3.
  • the brake booster is released and said chamber absorbs heat from the environment by vaporizing the liquid as shown in figure 4.
  • the piston (2) moves outwards a distance "L", causing mechanical work (W) that is used to generate electrical energy.
  • W mechanical work
  • the piston is braked again with a brake booster or the like, to cause the increase in the pressure in the chamber (5) process also supported by the force unit (10), as seen in Figure 5, Figure 16 and figure 17, thus generating a work cycle.
  • the brake booster, or unidirectional valve, or similar electronically operated can be connected both by giving up or absorbing heat by the system, it can work at all times, especially if there is a parallel system that operates in reverse. That is, heat can be yielded and cause mechanical work (ice Ih) or heat absorption and cause mechanical work.
  • the chamber (5) formed by the cylinder (1) and the piston (2) increases its volume through a pipe (6) that connected to a plurality of pipes or pipes with plates (8) being able to be these capillaries or the like, increases the heat transfer surface.
  • the basis of this invention is to use the ambient heat in combination with pressure variations, so that when the state of the fluid changes, a heat transfer occurs, which in the case of water, preferably distilled water, hereafter " water "is subjected to high pressures within a circuit: chamber (5), pipe (6) and pipes or plates (8) being able to be these capillaries or the like.
  • the indicated process together with the action of the electronically operated unidirectional valves (26) or the like applied to the piston, prevents it from being returned and leaves it at its minimum travel point with the support of other components of the force unit (10) such as a hydraulic pump (32) or the like, producing during the contraction a change in the state of water from a liquid state to a solid state (ice Ih, or ice II, or ice III, or ice V, or ice VI, or ice VII as the case may be), because the unidirectional brake booster, or unidirectional valve, or the like operated electronically prevents water from dilate when it is in a partially liquid phase, since the Water will push the piston without being able to displace it, causing an increase in pressure that crosses the melting / solidification curve ( Figures 6 and 7) and this begins its solidification process.
  • the water decreases its volume due to partial solidification, which causes a displacement of the piston with the support of the force unit (10) and a decrease in pressure, which in turn causes the water it is again under the curve and the process is repeated again until the water is completely or almost completely compressed in a solid state, always with the support of the hydraulic pump or the like.
  • the method implies the variation of pressure on the circuit, so as to take advantage of the changes of state that a fluid undergoes at different temperatures in correlation with different pressures.
  • the units of force in combination with the heat transfer heat process, vary the internal pressure of the circuit and thereby change the state of the fluid.
  • the system is conceptualized to operate using any fluid, be it gas or liquid, being able to be in a gaseous state, liquid or supercritical and solid fluid, whose Vaporization or Condensation, fusion or solidification curves are below 2465 Mpa and between temperatures of -50 ° C and 90 ° C. Also being able to function in the case of the change of state between the solid states of water known as ice Ih, ice II, ice III, ice V, ice VI, ice VI or ice VIII at pressures below 2465 Mpa.
  • the method presented is suitable for extracting energy from ambient heat, which can be used in energy producing plants, and can be built or installed in any geographical location, either outdoors or inside buildings, where there is access to a minimum thermal oscillation, provided that the parameters of the fluid that will be introduced into a confined circuit, do not fall below a certain pressure, while the maximum temperature will be conditioned by the maximum design pressure, not having to exceed predetermined minimum and maximum limits.
  • An embodiment of the invention and its respective system, which contemplates the use of a fluid may be water, preferably distilled water, the proposed method operating as follows:
  • Water is introduced into one or more sealed chambers (5), subjecting it to high pressure, in the case of transforming to solid known as ice II typically greater than 212 Mpa and exposed to room temperature, which typically must be equal or higher at -50 ° C, -24 ° C in the case of transforming from ice III to liquid and vice versa, while the maximum temperature inside the system will be conditioned by the maximum design pressure, which for the purposes of its industrial application, the pressure must not exceed 2465 Mpa, at a temperature not exceeding + 90 ° C. And the minimum pressure within the system for this case will typically be greater 0.13 MPa in the case of transforming solid to liquid and vice versa.
  • the pressure is controlled in such a way as to cause the change in the state of the water, from the liquid state to the solid state known as Ice Ih, Ice II, or Ice III, or Ice V, or Ice VI, o Ice VII and vice versa.
  • These changes of state produce a change in water density, alternatively causing contractions aided by a unit of force and dilations, with the latter a work (W) that moves a piston or similar device is produced, obtaining adequate mechanical energy to move an axis or similar, through a device useful for it, connected to electromechanical elements that transform mechanical energy into electrical energy.
  • the camera (5); the pipe (6) and the pipes (8), or capillary pipes (8) or the like are transformed into a closed circuit and are composed of "n" number of pipes or circuits inscribed in block, or similar, being able to "n" be greater than or equal to 1, which can take complex forms by way of example, spiral, zig-zig, describing undulations, and of variable length, the greater the amount of energy to be transferred per circuit, the longer it is and on the contrary, if you want to get less energy, the circuit will be shorter.
  • the circuit walls are composed of a material that has resistance and thermal conductivity, such as carbon nanotubes, graphene nanotubes, carbon, graphene, iron, steel, titanium, copper, among other materials, with wall thicknesses (6) necessary for withstand the maximum design pressures of the system, exposing the circuit at room temperature, water temperature that must be equal to or greater than -50 ° C, and pressurizing it in the case of transforming to solid known as ice II typically greater than 212 Mpa, the minimum pressure within the system will typically be greater 0.13 Mpa and in the case of causing the change of water status from liquid to gaseous and vice versa or from solid to gaseous and vice versa the temperatures may be between -50 ° C and 90 ° C with pressures between 1 Pass and 0.13 Mpa, for all cases, all pressurizing it, through one or more units of force (10), installed at one end of the circuit, in the ca If a linear intensifier pump is used ( Figure 17) or similar, the piston will be inside this force unit.
  • the unit of force is composed of: an apparatus that can increase or decrease the internal pressure of the circuit, be it a piston, plunger (27), hydraulic cylinder piston, a pressurizing pump, hydraulic pump (32), linear intensifying pump, rotary pump Direct drive, or the like, engine electric (28), directional control valve (29) or other, in addition to other components such as electronically actuated actuators and brake boosters, fill valve (33), relief valve or similar, hydraulic fluid tank (28), each of the units connected to the control system (11).
  • an apparatus that can increase or decrease the internal pressure of the circuit, be it a piston, plunger (27), hydraulic cylinder piston, a pressurizing pump, hydraulic pump (32), linear intensifying pump, rotary pump Direct drive, or the like, engine electric (28), directional control valve (29) or other, in addition to other components such as electronically actuated actuators and brake boosters, fill valve (33), relief valve or similar, hydraulic fluid tank (28), each of the units connected to the control system (11).
  • This system controls the pressure and contraction in such a way as to cause a change in the state of the water, from the liquid state to the solid or partially solid state (Ice Ih, Ice III, or Ice V, or Ice VI, or Ice VII) , as the case may be at different temperatures; Likewise, if the pressure is controlled in such a way as to obtain the expansion of the water, it will undergo the change of state in the opposite direction. These changes of state produce a change in water density (3), alternatively causing its contraction with the help of a unit of force and expansion that moves a piston (2), producing a heat transfer that can be absorbed as yielding heat. In addition, the control system controls the auxiliary equipment (9).
  • the method is based on certain values and their correlations to cause changes in the state of the water (3), considering different pressures that are required based on its internal temperature, both measured with one or more sensors, and which are controlled through a control system which controls the operation of the force units (figures 16 and 17), auxiliary equipment (9) and electromechanical equipment, all connected through wired and wireless circuits.
  • the correlation between the pressure and the temperature required within the circuit to obtain the change of state of the water (3) and its variations and correlations is the following, in which the limit from which the change of state occurs is shown , the missing ones are found in references [1] [2] [7] [8], for the case of solid to gaseous see reference [9]:
  • Ln (P (VII) / 2216) 1,73683 x (1 - ((T ° + 273.15) / 355)) - 0.0544606 x (1 - ((T ° + 273, 15) / 355) ⁇ 5) + 0.806106x10 ⁇ -7 x (1 - ((T ° + 273.15) / 355) ⁇ 22).
  • Ln (P (VII) / 2216) 1, 73683 x (1 - ((T ° + 273.15) / 355)) - 0.0544606 x (1- (( ⁇ ° + 273.15) / 355) ⁇ 5) + 0.806106 ⁇ 10 ⁇ -7 x (1 - (( ⁇ ° + 273.15) / 355) ⁇ 22).
  • T ° are in degrees Celsius (° C) and pressures in Megapascals (Mpa).
  • Mpa Megapascals
  • the internal pressure has to vary between a pressure greater than that determined by the curve and a lower pressure to it, which causes a thermal process of heat transfer, which produces changes in state.
  • the system allows to obtain changes of state from solid to liquid and vice versa, its gaseous state to its liquid state or supercritical fluid and vice versa, its gaseous state to its solid state and vice versa, from its liquid state or supercritical fluid to solid and vice versa, such as also between solid water states known as ice VII or ice VIII to ice VI and vice versa, ice Ih to ice III and vice versa, ice VI to ice V and vice versa, ice II to ice III and vice versa, ice II to ice Ih and vice versa, also being able to obtain changes of state going from ice II, or ice III, or ice V, or ice VI to liquid and then from liquid to ice Ih and vice versa.
  • changes of state can be partial, so that the system allows to obtain changes of state from solid or partially solid to liquid or partially liquid and vice versa, gaseous or partially gaseous and liquid or partially liquid and vice versa. The same with other changes of state.
  • This system can be used by connecting one, or two, or more confined circuits connected by one, two or more force units (10),
  • Another embodiment of the invention and its respective system, which contemplates the use of a fluid may be CO2, the method proposed as follows, in the case of the change of state from its gaseous state to the liquid or partially liquid state and vice versa, being able to operate in the same way with different temperatures and pressures (see Figure 6) for the supercritical and solid or partially solid fluid state and vice versa, and supercritical and gaseous fluid state and vice versa:
  • C0 2 is introduced into one or more sealed chambers (5), subjecting it to a pressure, typically greater than 2 Mpa and exposed to room temperature, which typically must be equal to or greater than -30 ° C, while the temperature maximum within the system will be conditioned by the maximum design pressure, which for the purposes of this design that works with the gaseous state to the liquid or partially liquid states and vice versa the pressure must not exceed 10 Mpa, at a temperature not exceeding + 33 ° C
  • the camera (5); the pipe (6) and the capillary pipes (8) or the like are transformed into a closed circuit and are composed of "n" number of pipes or circuits inscribed in block, or similar, "n” being able to be greater than or equal to 1 , which can take complex forms by way of example, spiral, zig-zig, describing undulations, and of variable length, the greater the amount of energy to be obtained for each circuit, the longer it is and, on the contrary, if you want to get less energy, the circuit will be shorter.
  • the circuit walls are composed of a material that has resistance and thermal conductivity, such as carbon nanotubes, graphene nanotubes, carbon, graphene, iron, steel, titanium, copper, among other materials, with wall thicknesses (6) necessary for withstand the maximum design pressures of the system, exposing the circuit at room temperature that must be equal to or greater than -30 ° C, and pressurizing it at a pressure typically greater than 1.5 Mpa, through one or more units of force ( 9) and (10), one of them (9) being placed on the external face of the piston or the like (2) installed at one end of the circuit.
  • the second force unit (10) that acts on the same circuit is available.
  • Each of the units of force is composed of: an apparatus that can increase or decrease the internal pressure of the circuit, be it a hydraulic cylinder piston, a pressurizing pump or another, in addition to other components such as actuators and electronically actuated brake boosters, each of the units connected to the control system.
  • This system controls the pressure and contraction mode such as to cause the change of the CO2 state (11), from the gaseous state to the liquid or partially liquid state, as the case may be at different temperatures; also, if the pressure is controlled in such a way as to obtain the expansion of the CO2, it will undergo the change of state in the opposite direction.
  • the method is based on certain values and their correlations to cause changes in the state of CO2 (3), considering different pressures that are required based on its internal temperature, both measured with one or more sensors, and which are controlled through a control system which controls the operation of force units and electromechanical equipment, all connected through wired and wireless circuits.
  • the Vaporization or Condensation curve can be seen, the upper limit of the curves represents the liquid or partially liquid state of the CC> 2 (3) and the lower limit, its gaseous state.
  • the internal pressure has to vary between a pressure greater than that determined by the curve and a pressure less than it, which causes a thermal process of heat transfer, which causes changes in state.
  • the system allows to obtain changes of state of liquid to gaseous at pressures inferior to 2 Mpa, but the amount of work obtained is not optimal.
  • the CO2 is inside the circuit in a gaseous state at a temperature of 20 ° C and a pressure of 4 Mpa, it is necessary to increase the pressure to over 6 Mpa to produce the change of state from gaseous to liquid or partially liquid, always considering the same internal temperature; and in the opposite direction, if the CO2 is in a liquid or partially liquid state at 20 ° C with an internal pressure of 6 Mpa, it is required to reduce this pressure to approximately 5.8 Mpa, which may be lower for the change to occur of state and go to gaseous state.
  • Example 1 Three examples are given below for illustrative purposes, which should not be construed as limiting the scope of the present invention:
  • Two circuits (17, 18) constituted by steel pipes are constructed, which will have a design pressure of 10 Mpa, and will work for this case at temperatures between -30 ° C and 50 ° C, so the pressures inside of the system will range between 2 and 10 Mpa.
  • Each circuit consists of a main pipe (12) of internal diameter 7 mm and 10 mm thick.
  • a pipe (17) with a piston (2) is inserted that will alternately move in both directions, displaced by the alternative action of the fluid that changes its volume as a result of its changes of State.
  • the pipe In this section, arranged vertically (Z axis), the pipe has an internal diameter of 100 mm, with a thickness of 100 mm and a length of 2 meters.
  • the piston (2) is connected to a force unit (10) figure 15 which for this example will be called “force unit 1".
  • Force unit 1 Two meters from the end, called the end (20) for this example is connected to the main pipe (12), which has another unit of force (9), hereinafter "unit of force 2", which in this case is a Hydraulic cylinder piston, whose main function is to maintain the internal pressure of the circuit without having to consume a force while maintaining it because it will have an electronically actuated brake booster or the like.
  • unit of force 2 which in this case is a Hydraulic cylinder piston, whose main function is to maintain the internal pressure of the circuit without having to consume a force while maintaining it because it will have an electronically actuated brake booster or the like.
  • This also has a sensor that allows you to control the inflow of filling fluid if necessary.
  • the internal diameter of the pipe (18) that reaches the hydraulic cylinder piston of the force unit 2 is 30 mm, has a thickness of 30 mm and a length of 2 meters.
  • a first pipe (13) is connected at 90 °, where a first vertical pipe (22) emerges where a first plurality of capillary pipes is connected (8) or the like.
  • a second pipe (14) is connected from which a second vertical pipe (23) emerges where a second plurality of capillary pipes (8) or the like is connected.
  • a third pipe (15) is connected at 90 °, from which a third vertical pipe (24) emerges where a third plurality of pipes is connected capillaries (8) or the like.
  • a fourth pipe is connected (16) from which a fourth vertical pipe (25) emerges where a fourth plurality of capillary pipes (8) or the like is connected.
  • the vertical pipes (22, 23, 24, 25) have an internal diameter of 1 mm and a thickness of 1 mm and a length of 1 meter, separated one meter from each other.
  • Capillary pipes (8) or the like have an internal diameter of 0.1 mm and a thickness of 0.1 mm, which are each one meter long, all connected to these four secondary pipes (13, 14, 15, 16) which have an internal diameter of 1.5 mm and a thickness of 1.5 mm and 1 meter long.
  • a total of 5288 capillary pipes are connected horizontally or similar in both circuits of which 661 are connected 4 mm apart along each vertical pipe (in total there are eight vertical pipes, four in each circuit).
  • the piston (2) located at the end of the main end pipe (19) has a diameter of 100 mm, the pipe (17) traveled by the piston starts at the end (19) to the end (20) and is placed vertically
  • each one is composed of a hydraulic cylinder piston, which is connected on each of the two axes (51) that are located above the pistons (figure 15) of each circuit and
  • This unit will also be composed of an electronically operated brake booster or the like that will be connected to the control system (11).
  • Carbon dioxide is hereinafter referred to as "CO2" and subsequently the hydraulic cylinder piston of force unit 2 compresses it slightly, removing all the air from the system and leaving only the C02, closing the free ends with a pipe plug. Subsequently, this piston will compress the gaseous CO2 into the circuit until it becomes supercritical fluid or fluid. While this is happening, the piston will be placed in its minimum travel with the brake booster or the like driven. Each circuit works the same way.
  • the units of force in combination with the heat transfer heat process, vary the internal pressure of the circuit and thereby change the state of CO2.
  • the indicated process together with the action of the brake booster or the like of the unit of force number 1, prevents the piston from being returned and leaves it at its minimum travel point, producing during this contraction the change of state of the C0 2 of gaseous state to a liquid state, because the brake booster or the like will prevent the C02 from continuing to dilate when it is in a partially gaseous phase, because the CO2 will push the piston without being able to displace it, causing an increase in pressure that will cross the curve of Vaporization / Condensation and this begins its condensation process.
  • control system that receives information on the position of the pistons and four temperature and pressure sensors, each placed in the capillary pipes of each secondary pipe in each circuit, obtains information on the temperature within them and The external temperature.
  • the function of the control system is to control the changes of state through the activation of the unit of force number 1, which will cause the contraction of CO2 and the deactivation of this unit, which in turn causes a decrease in pressure internal circuit, because the only pressure that will be exerted on the circuit will be that of the weight of the piston, its respective axis and the force exerted by the axis that will be connected to the electromechanical equipment for the generation, in addition to the force that could exert the axis on the axis of the other circuit, which in turn will cause the change of state of liquid to gas, causing, finally, the expansion of CO2.
  • the control system will activate the hydraulic cylinder piston that will lower the internal pressure of the circuit, and may also function as a support for in the event that it is required to perform with greater speed the phase change from the gaseous state to the liquid state.
  • Two circuits (17, 18) constituted by steel pipes are constructed, which will have a design pressure of 800 Mpa, and will work for this case at temperatures between -30 ° C and 50 ° C, so the pressures within the system will range between 200 and 800 Mpa.
  • Each circuit consists of a main pipe (12) of internal diameter 4 mm and 12 mm thick.
  • a pipe (17) with a piston (2) is inserted that will alternately move in both directions, displaced by the alternative action of the fluid that changes its volume as a result of its changes of State.
  • the pipe In this section, arranged vertically (Z axis), the pipe has an internal diameter of 30 mm, with a thickness of 90 mm and a length of 1 meters.
  • the piston (2) is connected to a unit of force (10) (figure 15) which for this example will be called “unit of force.
  • a unit of force (10) (figure 15) which for this example will be called “unit of force.
  • Two meters from the end, called end (20) for this example is connected to the pipe main (12), which has another unit of force (9), hereinafter "unit of force 2", which in this case is a hydraulic cylinder piston, whose main function is to maintain the internal pressure of the circuit without needing to be consuming a force while maintaining it because it will have an electronically actuated brake booster or the like. It also has a sensor that allows you to control the inflow of filling fluid if necessary.
  • the internal diameter of the pipe (18) that reaches the hydraulic cylinder piston of the force unit 2 is 30 mm, has a thickness of 120 mm and a length of 1 meters.
  • a first tube is connected at 90 ° estuary (13), where a first vertical pipe (22) emerges where a first plurality of capillary pipes (8) or the like is connected.
  • a second pipe (14) is connected from which a second vertical pipe (23) emerges where a second plurality of capillary pipes (8) or the like is connected.
  • a third pipe (15) is connected at 90 °, from which a third vertical pipe (24) emerges where a third plurality of pipes is connected capillaries (8) or the like.
  • a fourth pipe (16) is connected from which a fourth vertical pipe (25) emerges where a fourth plurality of capillary pipes (8) or the like is connected.
  • the vertical pipes (22, 23, 24, 25) have an internal diameter of 1 mm and a thickness of 3 mm and a length of 2 meters, separated one meter from each other.
  • Capillary pipes (8) or similar they have 0.1 mm of internal diameter and thickness of 0.3 mm, which have a length of one meter each, all connected to these four secondary pipes (13, 14, 15, 16) that have an internal diameter of 1 , 5 mm and a thickness of 1.5 mm and 1 meter long.
  • a total of 31280 capillary pipes are connected horizontally or the like in both circuits of which 3910 are connected 4 mm apart along each vertical pipe (in total there are eight vertical pipes, four in each circuit).
  • the piston (10) located at the end of the main pipe (end (19)) has a diameter of 30 mm, the pipe (17) traveled by the piston starts at the end (19) to the end (20) and It is placed vertically.
  • each one is composed of a hydraulic cylinder piston, which is connected on each of the two axes (51) that are above the pistons of each circuit and this unit will also be composed of an electronically operated brake booster or the like that will be connected to the control system (11).
  • Carbon dioxide is hereinafter referred to as "CO2" and subsequently the hydraulic cylinder piston of the force unit 2 compresses it slightly, removing all the air from the system and leaving only the CO2, closing the free ends with a pipe plug. Subsequently, this piston will compress the CO2 into the circuit until it becomes solid. While this is happening, the piston will be placed in its minimum travel with the brake booster or the like driven.
  • the units of force in combination with the thermal process of heat transfer, vary the internal pressure of the circuit and thereby produce changes in the state of C0 2 .
  • the aforementioned process together with the action of the brake booster or the like of the unit of force number 1, prevents the The piston is returned and leaves it at its minimum travel point, producing during this contraction the change of state of the C0 2 from a liquid state to a solid state, because the brake booster or the like will prevent the CO2 from continuing to expand when it is in partially liquid phase, because the C0 2 will push the piston without being able to move it, causing an increase in pressure that will cross the Fusion / Solidification curve and this will begin its solidification process.
  • the CO2 When starting this solidification process, the CO2 will decrease its volume due to partial solidification, which will cause a piston displacement and a decrease in pressure, which in turn will cause the C0 2 to be again under the curve and repeat the process successively until the CO2 is completely or almost completely compressed in solid state.
  • the hydraulic cylinder piston of the same force unit will serve as a support to accelerate the return of the piston, if necessary; while the piston of the other circuit, simultaneously, will be carrying out the process of inverse state change, that is, from solid to liquid or supercritical fluid.
  • control system that receives information on the position of the pistons and four temperature and pressure sensors, each placed in the capillary pipes of each secondary pipe in each circuit, obtains information on the temperature within them and external temperature
  • the function of the control system is to control the changes of state through the activation of the unit of force number 1, which will cause the contraction of CO2 and the deactivation of this unit, which in turn causes a decrease in pressure internal circuit, because the only pressure that will be exerted on the circuit will be that of the weight of the piston, its respective axis and the force exerted by the axis that will be connected to the electromechanical equipment for the generation, in addition to the force that could exert the axis on the axis of the other circuit, which in turn will cause the change of state from solid to liquid or supercritical fluid, causing, finally, the expansion of CO2.
  • the control system will activate the hydraulic cylinder piston that will lower the internal pressure of the circuit, and may also function as a support for in the event that it is required to perform with greater speed the phase change from the gaseous state to the liquid state.
  • Two confined circuits constituted by steel pipes are constructed, which will have a design pressure of 1115 Mpa, and work for this case at temperatures between -21 ° C and 30 ° C, so the pressures within the system for this case will range between 210 and 1050 Mpa.
  • the circuit consists of a main pipe (12) of internal diameter 7 mm and 13 mm thick, 4 meters long.
  • a pipe (17) of internal diameter of 1 mm is inserted, with a thickness of 4 mm and length 50 mm connected to a intens linear pump 'rficadora hereinafter “enhancer” is part of the power unit (10) Figure 17, long 482 mm and diameter of 152 mm, inside this is it finds a piston (2) and two pistons (50) each located on one side of each chamber, which will move in both directions alternately (figure 17), displaced by the alternative action of the fluid in each circuit that changes its volume as a consequence of your status changes.
  • the intensifier has a sensor that allows you to control the inflow of filling fluid if necessary through a filling valve and control the pressure through a relief valve and for this case a hydraulic pump (32) together with a directional control valve and other elements typical of a linear intensifying pump, parts of the force unit 1 that compresses the piston (2) to change the state fluid.
  • 0.1 meters from the end, called end (20), end located 4 meters from end 19 for this example is connected to the control system (1) which controls the operation of force units and electromechanical equipment, all connected through wired and wireless circuits.
  • a first pipe (13) is connected at 90 °, from which a first vertical pipe (22) emerges where a first plurality of pipes is connected capillaries (8).
  • a second pipe (14) is connected from which a second vertical pipe (23) emerges where a second plurality of capillary pipes (8) is connected.
  • a third pipe (15) is connected at 90 °, from which a third vertical pipe (24) emerges where a third plurality of pipes is connected capillaries (8).
  • a fourth pipe (16) is connected from which a fourth vertical pipe (25) emerges where a fourth plurality of capillary pipes (8) is connected.
  • the vertical pipes (22, 23, 24, 25) have an internal diameter of 5 mm. and a thickness of 10 mm, separated one meter from each other.
  • the capillary pipes (8) have 0.1 mm internal diameter and 0.2 mm thickness, which are 60 meters long each, all connected to these four secondary pipes (13, 14, 15, 16) that have an internal diameter of 5 mm. and a thickness of 10 mm and 5 meters long.
  • a total of 4750 capillary pipes are connected horizontally, of which 1187 are connected 4 mm apart from each other along each secondary pipe.
  • the piston (2) located inside the linear intensifier pump has a diameter of 50 mm, the pipe traveled by the cylinder pistons (50) is started on each side of the linear pump chamber and they are positioned vertically.
  • each one consists of two cylinder pistons (50), on these two axes (5) are connected and in each of these axes an electronically operated brake booster, which will be connected to the control system.
  • a steel structure formed by drawer profiles of 150x150 mm and thickness 5 mm is installed, with a height of 6 meters, connected by steel beams of the same type, to support the capillary pipes.
  • Distilled water is introduced, hereinafter referred to as "water", and subsequently the hydraulic cylinder piston of the force unit 1 compresses it slightly, removing all the air from the system and leaving only the water, closing the free ends with a pipe plug. Subsequently, this piston will compress the water into the circuit until it solidifies. While this occurs, the piston (2) will be located in its minimum travel, just like the piston (50) with the brake booster operated.
  • the unit of force 1 in combination with the heat transfer heat process, varies the internal pressure of each circuit and thus changes in the state of the water.
  • the indicated process together with the action of the components of the unit of force number 1, prevents the piston from being returned and leaves it at its minimum travel point, producing during this contraction the change of state of water from liquid state to solid state (ice III, or ice V, or ice VI), by way of example, absorbing heat with the melting of ice III at a water temperature in the pipes of -21 degrees Celsius being the temperature of the other medium above this, and at that same time giving heat with the transformation of liquid to solid of the opposite circuit, because the unidirectional valve or the like will prevent the water from continuing to expand when it is in partially liquid phase, because the water will push the piston without being able to move it, causing with the help of the force unit 1 an increase in pressure that will cross the melting / solidification curve and this will begin its solidification process.
  • the water will decrease its volume due to partial solidification (in the case of ice Ih its volume will increase in reverse operation), which will cause a piston displacement and a pressure decrease which in turn will cause the water is again under the curve and the process is repeated again until the water is completely or almost completely compressed in a solid state.
  • the Hydraulic pump (32) of the same force unit will serve as a support to accelerate the return of the piston, if necessary, together with the thrust action of the opposite circuit on the piston when it expands, while the piston of this
  • the opposite circuit simultaneously, will be carrying out the process of inverse state change, that is, from solid to liquid.
  • control system that receives information on the position of the pistons and two temperature and pressure sensors, each placed in the capillary pipes of each secondary pipe in each circuit, obtains information on the temperature within them and external temperature
  • the function of the control system is to control the changes of state through the unit of force number 1, controls the components and auxiliary equipment.
  • control system will activate the relief valve or the like to release pressure.

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Abstract

Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, pudiendo emplazar plantas productoras de energía en cualquier lugar disponible, sujeto únicamente a la existencia de una oscilación térmica y a altas presiones, que comprende las siguientes etapas: (a) proveer de una tubería con un extremo cerrado, teniendo en su interior un pistón para conformar un circuito cerrado; (b) llenar dicha tubería con fluido compresible y expansible; (c) conectar dicho pistón a una unidad generadora de energía eléctrica; (d) comprimir dicha tubería hasta transformar dicho fluido en líquido, de tal forma de presurizarlo teniendo que estar el pistón en su recorrido mínimo con el servofreno accionado; (e) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una variación de temperatura, para provocar la expansión del fluido, se desactiva el servofreno y esta expansión mueve el pistón para provocar trabajo mecánico; (f) frenar con un servofreno el pistón para aumentar la presión; (g) soltar el servofreno para liberar el pistón; y (h) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una temperatura menor o mayor, para provocar la contraccción del fluido y retrotraer el pistón a una posición inicial para comenzar con un nuevo ciclo. La presente invención también se refiere al sistema para llevar a cabo el método.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA PRODUCIR ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DEL CALOR AMBIENTAL.
Descripción.-
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de transferencia de calor del medio ambiente, a través de un sistema cerrado de cilindro/pistón, en cuya cámara cerrada existe un fluido que es sensible al cambio de temperatura exterior a dicha cámara, en donde dicho fluido cambia de estado cuando cambia la temperatura del medio ambiente. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental y un sistema para ejecutar dicho método, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad existen muchas tecnologías que producen energía eléctrica a partir de energía mecánica que utiliza fuentes renovables; pero éstas requieren condiciones geográficas específicas para un eficiente uso de los recursos.
El uso de turbinas eólicas sólo es posible en terrenos que presenten ciertas velocidades mínimas de viento y además, éste no debe presentar grandes turbulencias ni grandes inclinaciones de ataque del viento, so riesgo de rotura de las aspas. El movimiento de grandes cuerpos, como son las aspas, condiciona medioambientalmente estos proyectos, por cuanto pueden causar graves daños a las especies de aves que puedan existir. Finalmente, las grandes dimensiones de sus partes componentes determinan restricciones de transporte que limitan su emplazamiento en zonas de difícil acceso.
La producción de energía utilizando fuentes geotérmicas, sólo está disponible en determinados lugares, debido a la inestabilidad y dureza de las rocas del suelo. También presenta el riesgo de liberar gases de efecto invernadero contenidos bajo la superficie terrestre.
La energía mareomotriz como fuente a utilizar, presenta riesgos en contra de la subsistencia de la fauna marina, y al necesitar de condiciones mínimas de amplitud de las mareas, restringe las posibilidades de emplazamiento de las plantas productoras. También, una condición restrictiva general está dada por la necesidad de contar con costas marítimas para la instalación de plantas.
La energía hidroeléctrica requiere la existencia de ríos o cuerpos de agua adecuados, con un caudal mínimo indispensable para la producción de energía a escala industrial.
Respecto de otras fuentes que permiten producir energía eléctrica, cabe decir lo siguiente:
La energía nuclear utiliza fuentes altamente contaminantes, produce residuos radiactivos de difícil manejo y disposición. Además, el emplazamiento seguro de las plantas productoras de energía requiere condiciones especiales de estabilidad del terreno.
Las plantas que utilizan como fuente la radiación solar, requieren terrenos con baja pendiente y orientados en el hemisferio sur hacia el norte y viceversa.
Finalmente, hay muchas tecnologías que utilizan combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica a partir de energía mecánica, presentando el inconveniente de emitir gases que contaminan la atmósfera; además, están expuestas al agotamiento de las reservas de estos combustibles y a restricciones severas en cuanto a su emplazamiento, por ejemplo, centrales que funcionan a carbón.
El método propuesto en la presente solicitud, aborda la necesidad de emplazar plantas productoras de energía en cualquier lugar disponible, sujeto únicamente a la existencia de una oscilación térmica y a altas presiones, dentro de parámetros apropiados, pues su facilidad de emplazamiento supera las limitaciones que afectan la producción de energía eléctrica que utiliza como fuentes las energías eólica, geotérmica, mareomotriz, hidroeléctrica, nuclear, termosolar y fotovoltaica, y la que proviene del uso de combustibles fósiles.
La solución propuesta se basa en utilizar el calor ambiental, en combinación con variaciones de presión, de modo de provocar el cambio de estado del fluido sometido a altas presiones dentro de un circuito confinado, en adelante "circuito", desde su estado líquido a su estado sólido que para el caso del agua estado conocido como hielo Ih, o hielo II, o hielo III, o hielo VI y hielo VII y viceversa, su estado gaseoso a su estado líquido o fluido supercritico y viceversa, de su estado líquido o fluido supercritico a sólido y viceversa, como también entre los estados sólidos del agua conocidos como hielo VII o hielo VIII a hielo VI y viceversa, hielo Ih a hielo III y viceversa, hielo VI a hielo V y viceversa, hielo II a hielo III y viceversa, hielo II a hielo Ih y viceversa, elemento que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura alcanzada debido al estado de equilibrio que el sistema tiende a alcanzar; es decir, la tendencia del fluido a alcanzar o igualar la temperatura ambiental. Para obtener numerosos cambios alternativos de estado, el método implica la variación de presión sobre el circuito, de modo de aprovechar los cambios de estado que el fluido experimenta a diferentes temperaturas en correlación con diferentes presiones.
Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del fluido, provocando alternativamente contracciones y dilataciones, produciendo un trabajo (W) que mueve un pistón o dispositivo similar, obteniendo energía mecánica adecuada para poner en funcionamiento elementos electromecánicos que transformen la energía mecánica en energía eléctrica. El sistema además comprende una estructura soportante compuesta de vigas y pilares para dar soporte a las tuberías.
En el estado del arte han existido intentos por aprovechar el calor circundante a un sistema, para generar energía. Así, por ejemplo, en el documento WO 2016/186572 se divulga una máquina que aprovecha el calor ambiente o el calor residual y genera energía renovable con energía fría como subproducto utilizando un fluido de trabajo de dióxido de carbono en circuito cerrado. La máquina se conoce como un motor de calor ambiente que comprende un expansor para reducir la temperatura de un fluido; un intercambiador de calor de baja presión conectado al expansor para asegurar que el fluido permanezca en estado fluidizado; un motor hidráulico conectado adicionalmente al intercambiador de calor de baja presión para convertir la presión hidráulica del fluido que recibe energía de al menos calor ambiente o de baja calidad y flujo del fluido en desplazamiento; y un intercambiador de calor de alta presión para calentar de nuevo el fluido por el calor ambiente para evitar la congelación. El expansor, el intercambiador de calor de baja presión, el motor hidráulico y el intercambiador de calor de alta presión están conectados entre sí formando un circuito cerrado para hacer circular el fluido.
El documento US 2014/053544 divulga un sistema de motor térmico que comprende un primer intercambiador de calor, un expansor, un segundo intercambiador de calor y un conjunto de válvula. El primer intercambiador de calor está en comunicación con una fuente de calor para calentar un fluido de trabajo en su interior. El expansor está aguas abajo del primer intercambiador de calor y está en comunicación con el mismo para recibir el fluido de trabajo térmico. El segundo intercambiador de calor está aguas abajo del expansor y en comunicación con el mismo para enfriar el fluido de trabajo recibido desde el mismo. El conjunto de válvula está en comunicación con el segundo intercambiador de calor y el expansor para proporcionar la inyección selectiva del expansor con fluido de trabajo enfriado del segundo intercambiador de calor.
El documento US 2012/288391 divulga un motor térmico que tiene una carcasa. Un rotor de forma generalmente triangular puede accionar una manivela de desplazamiento cuando gira excéntricamente dentro de la carcasa. Se proporcionan dos entradas con válvulas y dos tubos de escape. El volumen entre cada cara del rotor y el alojamiento define tres cámaras de expansión. Se proporcionan seis ciclos de potencia (uno por cada cámara de expansión en dos entradas) por vuelta del rotor. Cada válvula controla la longitud de tiempo que se permite que el gas de alta presión entre en cada cámara de expansión. Las válvulas son controladas por un procesador y cierran cuando se suministra suficiente presión de manera que las presiones dentro y fuera de la cámara de expansión son iguales cuando la cámara está completamente expandida justo antes del escape. Las compuertas pueden proporcionar una ventaja mecánica al rotor reduciendo la cantidad de presión aplicada al lado trasero del fulcro.
El documento US 3,774,397 divulga un motor de calor sustancialmente libre de contaminación que emplea vapor como fluido de trabajo y que puede accionarse en un ciclo que se aproxima a un ciclo de Rankine. El motor incluye un sistema de expansor y condensador de caldera ligero, de tamaño pequeño, altamente eficiente, que utiliza tecnología de materiales avanzada para lograr temperaturas operativas máximas del sistema de aproximadamente 1200 °F y presiones operativas de hasta 3,500 psi. El motor es especialmente adecuado para uso en vehículos de motor y es capaz de arranque rápido para producir el 65 por ciento de la potencia máxima en 45 segundos o menos. Además, el motor proporciona un modo inactivo de funcionamiento para la conducción de accesorios de vehículo y similares y además es sensible a producir cambios rápidos de potencia necesarios para la aceleración y tirones pesados en pendientes pronunciadas.
Ninguno de los documentos del estado del arte, divulga el uso de un sistema cerrado en el cual se utilice un fluido, el calor ambiental y variación de presión, para producir cambios de estado de líquido a su estado sólido y viceversa, estado líquido a gaseoso y viceversa, que para el caso del agua estado conocido como hielo Ih, o hielo II, o hielo III, o hielo VI y hielo VII y viceversa, su estado gaseoso a su estado líquido o fluido supercritico y viceversa, de su estado líquido o fluido supercritico a sólido y viceversa, como también entre los estados sólidos del agua conocidos como hielo VII o hielo VIII a hielo VI y viceversa, hielo Ih a hielo III y viceversa y hielo VI a hielo V y viceversa, como por ejemplo, agua a altas presiones, para transitar en dos estados: sólido y líquido, en donde el estado sólido es: "Hielo Ih, Hielo II, o Hielo III, o Hielo V, Hielo VI, o Hielo W\
RESEÑA DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental y un sistema para ejecutar dicho método, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos.
La solución propuesta se basa en utilizar el calor ambiental, en combinación con variaciones de presión, de modo de provocar el cambio de estado del fluido, que en el caso del dioxido de carbono en adelante "C02", sometida a altas presiónes dentro de un circuito cerrado, cambia desde su estado gaseoso a los estados líquidos o parcialmente líquido y viceversa, estado fluido supercritico a los estados sólido o parcialmente sólido y viceversa, y estado gaseoso a los estados fluido supercritico y viceversa, que en el caso del agua, preferentemente agua destilada, en adelante "agua", sometida a altas presiones dentro de un circuito cerrado, cambia desde su estado líquido a los estados sólidos o parcialmente sólido como "Hielo II, o Hielo III, o Hielo V, o Hielo VI, o Hielo VII" y viceversa, sustancia que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura alcanzada debido al estado de equilibrio a que tiende el sistema; es decir, la tendencia de este fluido a alcanzar o igualar la temperatura ambiental provocado por un proceso térmico de transferencia de calor. Para obtener numerosos cambios de estado, el método implica la variación de presión sobre el circuito, de modo de aprovechar los cambios de estado que un fluido experimenta a diferentes temperaturas en correlación con diferentes presiones.
Por ejemplo, en el caso del C02, el sistema trabaja en una zona sensible a la temperatura que se puede apreciar en el gráfico Presión/Temperatura. Si se tiene un sistema cerrado cilindro/pistón y la temperatura ambiental desciende, el sistema absorbe calor del ambiente, para el caso del cambio de estado líquido a gaseoso, vaporizándose , con lo cual el sistema se expande recorriendo el pistón una distancia "L" provocando trabajo mecánico.. En resumen, cuando la temperatura y presión del fluido se encuentren bajo la curva (Vaporización/Condensación), y la temperatura ambiente se incremente o disminuya se producirá el cambio de estado de líquido a gaseoso. Lo mismo ocurre para que se produzca el cambio de estado de gaseoso a líquido pero la presión y temperatura deberán estar por sobre la curva de Vaporización/Condensación. Esto ocurre para los cambios de estado gaseoso a los estados líquidos o parcialmente líquido y viceversa, estado líquido o fluido supercritico a los estados sólido o parcialmente sólido y viceversa, y estado gaseoso a los estados fluido supercritico y viceversa, en la Figura 6 se puede apreciar el comportamiento tipo de cambios de estado de un líquido sometido a diferentes presiones y temperaturas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la invención, constituyen parte de esta descripción.
La figura 1 muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón en donde la temperatura ambiente se encuentra a una mayor temperatura que la del fluido dentro del circuito se aprecia la expansión del sistema, producto que éste absorbe calor "Q" del ambiente.
La figura 2 muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón de la figura 1 en donde el pistón ha sido conectado a un servofreno unidireccional o una válvula unidireccional accionada electrónicamente o lo similar para detener su carrera.
La figura 3 muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón, donde el pistón está comprimiendo y la temperatura ambiente se encuentre a una mayor temperatura que la del fluido dentro del circuito, éste cede calor "Q" al ambiente , para el caso en que el sistema este cambiando de líquido a sólido, provocando la generación del sólido.
La figura 4 muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón, donde el pistón está liberado, y en el caso que la temperatura ambiente se encuentre a una mayor temperatura que la del fluido dentro del circuito éste absorbe calor "Q" del ambiente, dado que el fluido se esta derritiendo.
La figura muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón de la figura 4 en donde el pistón ha sido conectado a un servofreno o una válvula unidireccional accionada electrónicamente para detener su carrera, y comenzar así un nuevo ciclo con el apoyo de otros componentes de la unidad de fuerza.
La figura 6 muestra un gráfico ampliado Presión Temperatura del agua en la zona sensible donde el sistema se mueve en la zona hielo Ih, II, III, V y VI.
La figura 7 muestra un gráfico Presión/Temperatura del agua en la zona sensible donde el sistema se mueve en la zona hielo Ih, II, III, V, VI y VII.
La figura 8 muestra un gráfico Presión/Temperatura del dióxido de carbono CO2.
La figura 9 muestra una vista esquemática del sistema cilindro/pistón donde la cámara está conectada mediante tuberías a una pluralidad de cañerías capilares.
La figura 10 muestra una vista esquemática en elevación frontal de una modalidad de una planta para la generación de energía, según la presente invención.
La figura 11 muestra una vista esquemática en planta de una modalidad de una planta para la generación de energía, según la presente invención.
La figura 12 muestra una vista esquemática en perspectiva de una modalidad de una planta para la generación de energía, según la presente invención.
La figura 13 muestra un gráfico con el cambio de estado cuando el fluido se encuentre a mayor temperatura que la temperatura ambiente.
La figura 14 muestra un gráfico con el cambio de estado cuando el fluido se encuentre a menor temperatura que la temperatura ambiente.
La figura 15 muestra una vista esquemática de dos sistema cilindro/pistón conectados a través de una unidad de fuerza.
La figura 16 muestra una vista esquemática de un sistema cilindro/pistón conectado a través de una unidad de fuerza.
La figura 17 muestra una vista esquemática de un sistema cilindro/pistón inserto dentro de la unidad de fuerza tipo bomba lineal intensificadora o lo similar junto con dos circuitos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental y un sistema para ejecutar dicho método, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos.
Haciendo referencia a las figuras 1 a 5, la presente invención funciona sobre la base de intercambio de calor desde la atmósfera a la cámara (5) de un sistema cilindro (1) pistón (2).
En la figura 1 la cámara (5) ha alcanzado una presión como ejemplo superior a los 7 Pa acorde a lo mostrado en los gráficos 6, 7 y 8, generándose dentro de dicha cámara (5) líquido o fluido supercritico. En el caso que la temperatura ambiente es mayor que la temperatura de la cámara (5), se produce un intercambio de calor, en donde la cámara (5) absorbe calor del ambiente cuando dicho fluido se derrite. Con ello, en la cámara (5) se produce una expansión dado que el líquido se transforma en vapor y pequeñas porciones de líquido, moviéndose así el pistón (2) en una distancia "L", provocando trabajo mecánico (W), aprovechándolo para generar energía eléctrica. Tal como se muestra en la figura 2 y en la figura 17, una vez recorrida la distancia "L", al pistón 2 se le conecta un servofreno unidireccional (26) accionado electrónicamente o lo similar, que lo detiene. La cámara (5) absorbe calor, pero dado que el pistón está frenado, la presión sube el vapor se empieza a transformar en líquido , tal como se muestra en la figura 3. Cuando la cámara (5) tiene abundante líquido y si la temperatura en el exterior sigue siendo mayor que la de la cámara (5),, el servofreno se suelta y dicha cámara absorbe calor del ambiente vaporizándose el líquido tal como se muestra en la figura 4. Cuando el líquido se transforma en gaseoso y pequeñas porciones de líquido , se mueve el pistón (2) hacia el exterior una distancia "L", provocando trabajo mecánico (W) que se aprovecha para generar energía eléctrica. En este punto el pistón nuevamente se frena con un servofreno o lo similar, para provocar el aumento de la presión en la cámara (5) proceso apoyado también por la unidad de fuerza (10), tal como aprecia en la figura 5, figura 16 y figura 17, generándose así un ciclo de trabajo.
Dado que el servofreno, o válvula unidireccional, o lo similar accionado electrónicamente se puede conectar tanto cediendo o absorbiendo calor por el sistema, éste puede funcionar en todo momento, sobre todo si existe un sistema paralelo que opera en sentido inverso. Es decir, se puede ceder calor y provocar trabajo mecánico (hielo Ih) o absorber calor y provocar trabajo mecánico.
En términos prácticos, para trabajar dentro de la sensibilidad establecida en el sistema, la cámara (5) conformada por el cilindro (1 ) y el pistón (2), aumenta su volumen a través de una tubería (6) que conectada a una pluralidad de tuberías o tuberías con placas (8) pudiendo ser estas capilares o lo similar, aumenta la superficie de transferencia de calor.
La base de esta invención, es utilizar el calor ambiental en combinación con variaciones de presión, de modo que al provocar el cambio de estado del fluido se produce una transferencia de calor, que en el caso del agua, preferentemente agua destilada, en adelante "agua" es sometida a altas presiones dentro de un circuito: cámara (5), tubería (6) y tuberías o placas (8) pudiendo ser estas capilares o lo similar.
El proceso señalado, en conjunto con la acción de las válvulas unidireccionales accionadas electrónicamente (26) o lo similar aplicado al pistón, evita que éste se devuelva y lo deja en su punto mínimo de recorrido con el apoyo de otros componentes de la unidad de fuerza (10) como una bomba hidráulica (32) o lo similar, produciendo durante la contracción un cambio de estado del agua de estado líquido a estado sólido (hielo Ih, o hielo II, o hielo III, o hielo V, o hielo VI, o hielo VII según sea el caso), debido a que el servofreno unidireccional, o válvula unidireccional, o lo similar accionado electrónicamente impide que el agua se dilate cuando se encuentre en fase parcialmente líquida, dado que el agua empujará el pistón sin poder desplazarlo, provocando un aumento de presión que traspasa la curva de fusión/solidificación (figuras 6 y 7) y esta inicie su proceso de solidificación. Al iniciar este proceso, el agua disminuye su volumen a causa de la solidificación parcial, lo que provoca un desplazamiento del pistón con el apoyo de la unidad de fuerza (10) y una disminución de presión, lo que a su vez provoca que el agua vuelva a estar bajo la curva y se vuelve a repetir el proceso sucesivamente hasta que el agua quede completamente o casi completamente comprimida en estado sólido, siempre con el apoyo de la bomba hidráulica o lo similar.
El agua cambia desde su estado líquido a los estados sólidos o parcialmente sólido como "Hielo Ih, Hielo II, o Hielo III, o Hielo V, o Hielo VI, o Hielo Vil" [3][4][5][6][7] y viceversa, sustancia que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura interna del fluido debido al estado de equilibrio a que tiende el sistema; es decir, la transferencia de calor a medida que un sistema pasa por un proceso de un estado a otro. Para obtener numerosos cambios de estado, el método implica la variación de presión sobre el circuito, de modo de aprovechar los cambios de estado que un fluido experimenta a diferentes temperaturas en correlación con diferentes presiones.
Las unidades de fuerza, en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del fluido.
El sistema está conceptualizado para funcionar utilizando cualquier fluido, sea éste gas o líquido, pudiendo estar en estado gaseoso, líquido o fluido supercritico y sólido, cuyas curvas de Vaporización o Condensación, fusión o solidificación, se encuentren por debajo los 2465 Mpa y comprendida entre temperaturas de -50 °C y 90 °C. También pudiendo funcionar para el caso del cambio de estado entre los estados sólidos del agua conocidos como hielo Ih, hielo II, hielo III, hielo V, hielo VI, hielo VI o hielo VIII a presiones menores a 2465 Mpa.
Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del fluido, provocando alternativamente contracciones y dilataciones, , Con esta última se produce un trabajo (W) que mueve un pistón o dispositivo similar, obteniendo energía mecánica adecuada para mover un eje o similar, a través de un dispositivo útil para ello, conectado a elementos electromecánicos que transformen la energía mecánica en energía eléctrica.
El método presentado es adecuado para extraer energía del calor ambiental, susceptible de ser utilizado en plantas productoras de energía, pudiendo ser construidas o instaladas en cualquier lugar geográfico, sea al aire libre o al interior de edificaciones, en que se tenga acceso a una mínima oscilación térmica, a condición de que los parámetros del fluido que se introducirá dentro de un circuito confinado, no bajen de una determinada presión, mientras que la temperatura máxima estará condicionada por la presión máxima de diseño, no debiendo exceder límites mínimos y máximos predeterminados.
Una forma de realización de la invención y su sistema respectivo, que contempla el uso de un fluido puede ser el agua, preferentemente agua destilada, funcionado el método propuesto de la siguiente manera:
Se introduce agua dentro de una o más cámaras selladas (5), sometiéndola a una alta presión, para el caso de transformar a sólido conocido como hielo II típicamente mayor 212 Mpa y se expone a la temperatura ambiente, que típicamente debe ser igual o superior a -50°C, -24°C para el caso de transformar de hielo III a líquido y viceversa, mientras que la temperatura máxima dentro del sistema estará condicionada por la presión máxima de diseño, que para efectos de su aplicación industrial, la presión no debe superar los 2465 Mpa, a una temperatura no superior a los +90°C. Y la presión mínima dentro del sistema para este caso sera típicamente mayor 0,13 Mpa para el caso de transformar sólido a líquido y viceversa.
Luego, mediante unidades de fuerza se controla la presión de modo tal de provocar el cambio de estado del agua, desde el estado líquido hacia el estado sólido conocido como Hielo Ih, Hielo II, o Hielo III, o Hielo V, o Hielo VI, o Hielo VII y viceversa. Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del agua, provocando alternativamente contracciones ayudados por una unidad de fuerza y dilataciones, Con esta última se produce un trabajo (W) que mueve un pistón o dispositivo similar, obteniendo energía mecánica adecuada para mover un eje o similar, a través de un dispositivo útil para ello, conectado a elementos electromecánicos que transformen la energía mecánica en energía eléctrica. La correlación entre las distintas presiones que se requiere en función de distintas temperaturas para que funcione este circuito, se explica en la descripción detallada que se incluye más adelante.
La cámara (5); la tubería (6) y las tuberías (8), o tuberías capilares (8) o lo similar se transforman en un circuito cerrado y están compuestos de "n" número de tuberías o circuitos inscritos en bloque, o similar, pudiendo "n" ser mayor o igual a 1 , que pueden adoptar formas complejas a modo de ejemplo, en espiral, en zig-zig, describiendo ondulaciones, y de largo variable, siendo mayor la cantidad de energía a transferir por cada circuito, mientras más largo sea éste y por el contrario, si se desea obtener menos energía, el circuito será más corto.
Las paredes del circuito están compuestas por un material que tiene resistencia y conductividad térmica, como nanotubos de carbono, nanotubos de grafeno, carbono, grafeno, hierro, acero, titanio, cobre, entre otros materiales, con espesores de paredes (6) necesarios para soportar las presiones máximas de diseño del sistema, exponiendo el circuito a temperatura ambiente, temperatura del agua que debe ser igual o superior a -50°C, y presurizándolo para el caso de transformar a sólido conocido como hielo II típicamente mayor 212 Mpa, la presión minima dentro del sistema sera típicamente mayor 0,13 Mpa y para el caso de provocar el cambio de estado del agua de líquido a gaseoso y viceversa o de sólido a gaseoso y viceversa las temperaturas podrán estar comprendidas entre -50°C y 90°C con presiones comprendidas entre 1 Paséale y 0,13 Mpa, para todo los casos, todo prezurizándolo, a través de una o más unidades de fuerza (10), instalado en un extremo del circuito, en el caso de que se utilice una bomba lineal intensificadora (figura 17) o lo similar el pistón se encontrara dentro de esta unidad de fuerza. La unidad de fuerza está compuesta por: un aparato que puede aumentar o disminuir la presión interna del circuito, sea un pistón, embolo (27), pistón cilindro hidráulico, una bomba presurizadora, bomba hidráulica (32), bomba lineal intensificadora, bomba rotativa de accionamiento directo, o lo similar, motor eléctrico (28), válvula de control direccional (29) u otro, además de otros componentes como actuadores y servofrenos accionados electrónicamente, válvula de llenado (33), válvula de alivio o lo similar, estanque fluido hidráulico (28), cada una de las unidades conectadas al sistema de control (11 ). Este sistema controla la presión y la contracción de modo tal de provocar el cambio de estado del agua, desde el estado líquido hacia el estado sólido o parcialmente sólido (Hielo Ih, Hielo III, o Hielo V, o Hielo VI, o Hielo VII), según sea el caso a diferentes temperaturas; asimismo, si se controla la presión de tal modo de obtener la dilatación del agua, ésta experimentará el cambio de estado en sentido inverso. Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del agua (3), provocando alternativamente su contracción con la ayuda de una unidad de fuerza y dilatación que mueve un pistón (2), produciendo una transferencia de calor pudiendo esta absorber como ceder el calor. Ademas el sistema de control controla los equipos auxiliares (9).
El método se basa en determinados valores y sus correlaciones para provocar los cambios de estado del agua (3), considerando distintas presiones que se requiere en función de su temperatura interna, medidas ambas con uno o más sensores, y que son controladas a través de un sistema de control el cual controla el funcionamiento de las unidades de fuerza (figura 16 y 17), los equipos auxiliares (9) y los equipos electromecánicos, todos conectados a través de circuitos alámbricos e inalámbricos.
Típicamente, la correlación entre la presión y la temperatura requerida dentro del circuito para obtener el cambio de estado del agua (3) y sus variaciones y correlaciones es la siguiente, en que se muestra el límite a partir del cual se produce el cambio de estado, las faltantes se encuentras en las referencias [1][2][7][8], para el caso de sólido a gaseoso ver referencia [9]:
• Presión interna mínima necesaria P(ll a III) con temperaturas comprendidas entre -34,7 °C y -24,3 °C para obtener un cambio de estado de sólido hielo III a sólido hielo II.
P(lll a II) = 213 + (1 -((T°+273, 15)/238)Λ19,676-1 ). • Presión interna mínima P(lh) necesaria con temperaturas comprendidas entre -21 ,98 °C y 0 °C para obtener un cambio de estado de sólido o parcialmente sólido a líquido:
P(lh) = -395,2*((Τ°+273,15)/273,16)Λ9-1).
• Presión interna mínima necesaria P(lll) con temperaturas comprendidas entre -21,98 °C y -16,98 °C para obtener un cambio de estado de líquido a sólido.
P(lll) = 208,566 - 0,299948 x 208,566 x (1- ((T°+273, 15)/251 , 65)Λ60).
• Presión interna mínima P(V) necesaria con temperaturas comprendidas entre -16,98 °C y 0,16 °C para obtener un cambio de estado de líquido a sólido o parcialmente sólido:
P(V) = 350,1- 1,18721 x 350, 1x (1-((Τ°+273,15)/256,16)Λ8).
• Presión interna mínima necesaria P(VI) con temperaturas comprendidas entre 0,16 °C y 81,85 °C para obtener un cambio de estado líquido a sólido o parcialmente sólido:
P(VI) = 632,4 - 1 ,07476 x 632,4 x (1-Í(T°+273,15)/273,31 ) ,6).
• Presión interna mínima necesaria P(VII) con temperaturas comprendidas entre 81 ,85 °C y 90 °C para obtener un cambio de estado líquido a sólido o parcialmente sólido:
Ln (P(VII)/2216) = 1,73683 x (1-((T°+273,15)/355) ) - 0,0544606 x (1 -((T°+273, 15)/355)Λ5)+0,806106x10Λ-7 x (1 -((T°+273,15)/355)Λ22).
• Presión interna máxima necesaria P(ll a III) con temperaturas comprendidas entre -34,7 °C y -24,3 °C para obtener un cambio de estado de sólido hielo II a sólido hielo III.
P(ll a III) = 213 + (1-((Τ°+273,15)/238)Λ19,676-1). • Presión interna máxima P{lh) necesaria con temperaturas comprendidas entre -21 ,98 °C y 0 °C para obtener un cambio de estado de líquido a sólido o parcialmente sólido:
P(lh) = -395,2*((Τ0+273,15)/273,16)Λ9-1 ).
• Presión interna máxima necesaria P(lll) con temperaturas comprendidas entre -21 ,98 °C y -16,98 °C para obtener un cambio de estado de sólido a líquido:
P(lll) = 208,566 - 0,299948 x 208,566 x
(1 -((T°+273, 15)/251 , 165)Λ60).
•Presión interna máxima P(V) necesaria con temperaturas comprendidas entre -16,9 °C y 0,16 °C para obtener un cambio de estado de sólido o parcialmente sólido a líquido:
P(V) = 350, 1- 1 ,18721 x 350, x (1 -((T°+273, 5)/256, 16)Λ8).
• Presión interna máxima necesaria P(VI) con temperaturas comprendidas entre 0,16 °C y 81 ,85 °C para obtener un cambio de estado sólido o parcialmente sólido a líquido:
P(VI) = 632,4 - 1 ,07476 x 632,4 x (H(T°+273,15)/273,31 ) ,6).
• Presión interna máxima necesaria P(VII) con temperaturas comprendidas entre 81 ,85 °C y 90 °C para obtener un cambio de estado sólido o parcialmente sólido a líquido:
Ln (P(VII)/2216) = 1 ,73683 x (1-((T°+273,15)/355) ) - 0,0544606 x (1- ((Τ°+273,15)/355)Λ5)+0,806106χ10Λ-7 x (1-((Τ°+273,15)/355)Λ22).
Las temperaturas (T°) se encuentran en grados Celsius (°C) y las presiones en Megapascales (Mpa). Al introducir estas ecuaciones en un gráfico presión vs. temperatura, se puede apreciar la curva de fusión o solidificación el límite superior de las curvas representa el estado sólido o parcialmente sólido del agua (3) y el límite inferior, su estado líquido.
Por ende, la presión interna tiene que variar entre una presión mayor a la determinada por la curva y una presión menor a la misma, lo cual provoca un proceso térmico de transferencia de calor, que produce los cambios de estado. El sistema permite obtener cambios de estado de sólido a líquido y viceversa, su estado gaseoso a su estado líquido o fluido supercritico y viceversa, su estado gaseoso a su estado sólido y viceversa, de su estado líquido o fluido supercritico a sólido y viceversa, como también entre los estados sólidos del agua conocidos como hielo VII o hielo VIII a hielo VI y viceversa, hielo Ih a hielo III y viceversa, hielo VI a hielo V y viceversa, hielo II a hielo III y viceversa, hielo II a hielo Ih y viceversa, pudiendo también obtener cambios de estado pasando de hielo II, o hielo III, o hielo V, o hielo VI a líquido y posteriormente de líquido a hielo Ih y viceversa.
En todos los casos los cambios de estado pueden ser parciales, por lo que el sistema permite obtener cambios de estado de sólido o parcialmente sólido a líquido o parcialmente líquido y viceversa, gaseoso o parcialmente gaseoso y líquido o parcialmente líquido y viceversa. Lo mismo con otros cambios de estado.
Este sistema puede utilizarse conectando uno, o dos, o mas circuitos confinados conectados por una, dos o mas unidades de fuerza (10),
Otra forma de realización de la invención y su sistema respectivo, que contempla el uso de un fluido puede ser el CO2, funcionado el método propuesto de la siguiente manera, para el caso del cambio de estado de su estado gaseoso al estado líquido o parcialmente líquido y viceversa, pudiendo funcionar de la misma manera con temperaturas y presiones distintas (véase Figura 6) para el estado fluido supercritico y sólido o parcialmente sólido y viceversa, y estado fluido supercritico y gaseoso y viceversa:
Se introduce C02 dentro de una o más cámaras selladas (5), sometiéndola a una presión, típicamente mayor a 2 Mpa y se expone a la temperatura ambiente, que típicamente debe ser igual o superior a -30°C, mientras que la temperatura máxima dentro del sistema estará condicionada por la presión máxima de diseño, que para efectos de este diseño que trabaja con los estado gaseoso a los estados líquidos o parcialmente líquido y viceversa la presión no debe superar los 10 Mpa, a una temperatura no superior a los +33°C.
Luego, mediante unidades de fuerza se controla la presión de modo tal de provocar el cambio de estado del C02, desde el estado gaseoso hacia el estado de líquido o fluido supercritico y viceversa. Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del CO2, provocando alternativamente contracciones ayudados por una unidad de fuerza y dilataciones, Con esta última se produce un trabajo (W) que mueve un pistón o dispositivo similar, obteniendo energía mecánica adecuada para mover un eje o similar, a través de un dispositivo útil para ello, conectado a elementos electromecánicos que transformen la energía mecánica en energía eléctrica. La correlación entre las distintas presiones que se requiere en función de distintas temperaturas para que funcione este circuito, se explica en la descripción detallada que se incluye más adelante. Según sea el largo de los circuitos, cuando estén compuestos por tuberías, podrá ser necesario unir sus distintas secciones con bridas (9) o similar.
La cámara (5); la tubería (6) y las tuberías capilares (8) o lo similar se transforman en un circuito cerrado y están compuestos de "n" número de tuberías o circuitos inscritos en bloque, o similar, pudiendo "n" ser mayor o igual a 1 , que pueden adoptar formas complejas a modo de ejemplo, en espiral, en zig-zig, describiendo ondulaciones, y de largo variable, siendo mayor la cantidad de energía a obtener por cada circuito, mientras más largo sea éste y, por el contrario, si se desea obtener menos energía, el circuito será más corto.
Las paredes del circuito están compuestas por un material que tiene resistencia y conductividad térmica, como nanotubos de carbono, nanotubos de grafeno, carbono, grafeno, hierro, acero, titanio, cobre, entre otros materiales, con espesores de paredes (6) necesarios para soportar las presiones máximas de diseño del sistema, exponiendo el circuito a temperatura ambiente que debe ser igual o superior a -30°C, y presurizándolo a una presión típicamente mayor a 1 ,5 Mpa, a través de una o más unidades de fuerza (9) y (10), situándose una de ellas (9) sobre la cara externa del pistón o similar (2) instalado en un extremo del circuito. Para reforzar la capacidad compresora del sistema, se dispone de la segunda unidad de fuerza (10) que actúe sobre el mismo circuito. Cada una de las unidades de fuerza está compuesta por: un aparato que puede aumentar o disminuir la presión interna del al circuito, sea un pistón cilindro hidráulico, una bomba presurizadora u otro, además de otros componentes como actuadores y servofrenos accionados electrónicamente, cada una de las unidades conectadas al sistema de control. Este sistema controla la presión y la contracción de modo tal de provocar el cambio de estado del CO2 (11 ), desde el estado gaseoso hacia el estado líquido o parcialmente líquido , según sea el caso a diferentes temperaturas; asimismo, si se controla la presión de tal modo de obtener la dilatación del CO2, ésta experimentará el cambio de estado en sentido inverso. Estos cambios de estado producen un cambio de densidad del CO2 (3), provocando alternativamente su contracción con la ayuda de una unidad de fuerza y dilatación, con esta última se produce un trabajo (W) que mueve un pistón (2), con cuyo desplazamiento se obtiene la energía mecánica que a través de equipos electromecánicos (11 ) transforma ésta en energía eléctrica.
El método se basa en determinados valores y sus correlaciones para provocar los cambios de estado del CO2 (3), considerando distintas presiones que se requiere en función de su temperatura interna, medidas ambas con uno o más sensores, y que son controladas a través de un sistema de control el cual controla el funcionamiento de las unidades de fuerza y los equipos electromecánicos, todos conectados a través de circuitos alámbricos e inalámbricos.
Al ver la figura 8 se puede apreciar la curva de Vaporización o Condensación el límite superior de las curvas representa el estado líquido o parcialmente líquido del CC>2 (3) y el límite inferior, su estado gaseoso.
Por ende, la presión interna tiene que variar entre una presión mayor a la determinada por la curva y una presión menor a la misma, lo cual provoca un proceso térmico de transferencia de calor, que produce los cambios de estado. El sistema permite obtener cambios de estado de líquido a gaseoso a presiones inferiores a 2 Mpa, pero la cantidad de trabajo obtenido no es óptima.
A modo de ejemplo, si el CO2 se encuentra dentro del circuito en estado gaseoso a una temperatura de 20°C y una presión de 4 Mpa, se requiere aumentar la presión a sobre 6 Mpa para producir el cambio de estado de gaseoso a líquido o parcialmente líquido , siempre considerando la misma temperatura interna; y en sentido contrario, si el CO2 se encuentra en estado líquido o parcialmente líquido a 20°C con una presión interna de 6 Mpa, se requiere disminuir esta presión aproximadamente a 5,8 Mpa, pudiendo esta ser menor para que se produzca el cambio de estado y pasar a estado gaseoso.
Se da a continuación a título ilustrativo tres ejemplos, que no deben interpretarse en el sentido de que limitan el alcance de la presente invención: Ejemplo 1:
Se construyen dos circuitos (17, 18) constituidos por tuberías de acero, los cuales tendrán una presión de diseño de 10 Mpa, y funcionarán para este caso a temperaturas comprendidas entre -30°C y 50°C, por lo que las presiones dentro del sistema oscilarán entre 2 y 10 Mpa. Cada circuito está constituido, por una tubería (12) principal de diámetro interno 7 mm y 10 mm de espesor. En uno de sus extremos, en adelante extremo (19), se inserta una tubería (17) con un pistón (2) que se desplazará en ambos sentidos alternativamente, desplazado por la acción alternativa del fluido que cambia su volumen como consecuencia de sus cambios de estado. En este tramo, dispuesto en forma vertical (eje Z), la tubería tiene un diámetro interno de 100 mm, con un espesor de 100 mm y un largo de 2 metros. El pistón (2) se encuentra conectado a una unidad de fuerza (10) figura 15 que para este ejemplo se llamará "unidad de fuerza 1". A dos metros del extremo, llamado extremo (20) para este ejemplo está conectada a la tubería principal (12), la cual tiene otra unidad de fuerza (9), en adelante "unidad de fuerza 2", que en este caso es un pistón cilindro hidráulico, que tiene como función principal mantener la presión interna del circuito sin necesidad de estar consumiendo una fuerza mientras la mantiene debido a que ésta tendrá un servofreno accionado electrónicamente o lo similar. Este además tiene un sensor que permite controlar el ingreso de fluido de relleno en el caso de ser necesario. ' El diámetro interno de la tubería (18) que llega al pistón cilindro hidráulico de la unidad de fuerza 2, es de 30 mm, tiene un espesor de 30 mm y un largo de 2 metros. En el otro extremo de la tubería principal (12), extremo (21 ) para este ejemplo, se conectan a 90° una primera tubería (13), donde emerge una primera tubería vertical (22) donde se conecta una primera pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Luego, siguiendo a la primera tubería (13), se conecta una segunda tubería (14) desde donde emerge una segunda tubería vertical (23) donde se conecta una segunda pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. En el último extremo de la tubería principal (12), extremo (22) para este ejemplo, se conecta a 90° una tercera tubería (15), desde donde emerge una tercera tubería vertical (24) donde se conecta una tercera pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Luego, siguiendo a la tercera tubería (15), se conecta una cuarta tubería (16) desde donde emerge una cuarta tubería vertical (25) donde se conecta una cuarta pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Las tuberías verticales (22, 23, 24, 25) tienen un diámetro interno de 1 mm y un espesor de 1 mm y un largo de 1 metro, separadas un metro entre sí. Las tuberías capilares (8) o lo similar tienen 0,1 mm de diámetro interno y espesor de 0,1 mm, las cuales tienen una longitud de un metro cada una, todas conectadas a estas cuatro tuberías secundarias (13, 14, 15, 16) que tienen un diámetro interno de 1 ,5 mm y un espesor de 1 ,5 mm y de largo 1 metros.
En este ejemplo se conectan en forma horizontal un total de 5288 tuberías capilares o lo similar en ambos circuitos de las cuales 661 se conectan separadas de 4 mm entre sí a lo largo de cada tubería vertical (en total son ocho tuberías verticales, cuatro en cada circuito). El pistón (2) ubicado en el extremo de la tubería principal extremo (19) tiene un diámetro de 100 mm, la tubería (17) recorrida por el pistón se inicia en el extremo (19) hasta el extremo (20) y está colocada verticalmente. Para este caso habrá dos unidades de fuerza numero 1 , cada una se compone de un pistón cilindro hidráulico, el cual se conecta sobre cada uno de los dos ejes (51 ) que se encuentran por sobre los pistones (figura 15) de cada circuito y también esta unidad estará compuesta por un servofreno accionado electrónicamente o lo similar que estará conectado al sistema de control (11 ).
En la tubería principal (12) se colocan válvulas de corte para que cumplan la función de frenar el paso del CO2 en el caso de ocurrir algún inconveniente o mantención.
Además, se instala una estructura de acero formada por perfiles tipo cajón de 150x150 mm y espesor 5 mm, con una altura de 2 metros, conectadas por vigas de acero del mismo tipo, para sostener las tuberías capilares.
Se introduce dióxido de carbono en adelante "CO2" y posteriormente el pistón cilindro hidráulico de la unidad de fuerza 2 la comprime levemente, sacando todo el aire del sistema y dejando sólo el C02, cerrando los extremos libres con un tapón de tubería. Posteriormente, este pistón comprimirá el CO2 gaseoso dentro del circuito hasta que este se transforme en líquido o fluido supercritico. Mientras esto ocurre el pistón estará emplazado en su recorrido mínimo con el servofreno o lo similar accionado. Cada circuito funciona del mismo modo.
Las unidades de fuerza, en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del CO2. El proceso señalado, en conjunto con la acción del servofreno o lo similar de la unidad de fuerza número 1, evita que el pistón se devuelva y lo deja en su punto mínimo de recorrido, produciendo durante esta contracción el cambio de estado del C02 de estado gaseoso a estado líquido , debido a que el servofreno o lo similar impedirá que el C02se siga dilatando cuando se encuentre en fase parcialmente gaseosa, debido a que el CO2 empujará el pistón sin poder desplazarlo, provocando un aumento de presión que traspasará la curva de Vaporización/Condensación y esta inicie su proceso de condensación. Al iniciar este proceso de condensación, el CO2 disminuirá su volumen a causa de la condensación parcial, lo que provocará un desplazamiento del pistón y una disminución de presión, lo que a su vez provocará que el C02 vuelva a estar bajo la curva y se vuelva a repetir el proceso sucesivamente hasta que el CO2 quede completamente o casi completamente comprimido en estado líquido . El pistón cilindro hidráulico de la misma unidad de fuerza, servirá como apoyo para acelerar el regreso del pistón, si fuese necesario; mientras que el pistón del otro circuito, de forma simultánea, estará efectuando el proceso de cambio de estado inverso, es decir, de líquido a gaseoso . Estos procesos se realizan a través de un proceso térmico y mecánico de transferencia de calor. Durante estos procesos, el sistema de control que recibe información de la posición de los pistones y de cuatro sensores de temperatura y presión, colocados cada uno en las tuberías capilares de cada tubería secundaria en cada circuito, obtienen información de la temperatura dentro de éstos y la temperatura extema. La función del sistema de control es controlar los cambios de estado a través de la activación de la unidad de fuerza número 1, lo que provocará la contracción del CO2 y la desactivación de esta unidad, lo que causa a su vez una disminución de la presión interna del circuito, debido a que la única presión que estará ejercida sobre el circuito sera la del peso del pistón, su respectivo eje y la fuerza que ejercerá el eje que irá conectado a los equipos electromecánicos para la generación, ademas de la fuerza que podría ejercer el eje sobre el eje del otro circuito, lo que a su vez provocará el cambio de estado de líquido a gaseoso, causando, por último, la dilatación del CO2. Para mayor claridad, cuando la unidad de fuerza número 1 de uno de los circuitos esté activada, , la correspondiente unidad del otro circuito, estará desactivada, aun asi los ejes de ambos circuitos pueden ir conectados para que cuando un circuito tenga sus unidades de fuerza numero 1 desactivado pueda ayudar a través de su eje a traspasar fuerza al otro eje para ayudar a la devolución del pistón del otro circuito. Además, para evitar traspasar la presión máxima de diseño, si bien ésta está controlada desde el comienzo, el sistema de control activará el pistón cilindro hidráulico que bajara la presión interna del circuito , pudiendo también funcionar como apoyo para en el caso que se requiera realizar con mayor velocidad el cambio de fase del estado gaseoso al estado líquido .
Debido a que el CO2 en su estado líquido a esa presión tiene una densidad mayor al C02 gaseoso , cuando se produce el cambio de estado de estado líquido a estado gaseoso se produce un cambio de volumen dependiendo de la presión a la que se encontrará el fluido en ese cambio de fase, y este cambio produce un desplazamiento que junto con la presión interna del circuito ésta hace desplazar el pistón con un trabajo W en Joule que es igual al volumen en metros cúbicos multiplicado por la presión dentro del circuito en unidades Pascal, lo que produce energía mecánica, que traspasa esta energía a equipos electromecánicos, mediante un eje parte del sistema cilindro/pistón y conectado a un segundo eje que se conecta a un generador, el cual es un equipo que permite transformar la potencia mecánica en potencia eléctrica, la cual produce energía eléctrica con una capacidad nominal de 0,5 KW.
Este proceso se repite en forma continua, durante todo el día, aprovechando las oscilaciones de temperatura que se producen en forma natural. El CO2 cederá calor ambiental cuando ésta se solidifique y absorberá calor cuando ésta se derrita. Todo este calor absorbido o cedido producirá los cambios de estado mencionados anteriormente.
Ejemplo 2:
Se construyen dos circuitos (17, 18) constituidos por tuberías de acero, los cuales tendrán una presión de diseño de 800 Mpa, y funcionarán para este caso a temperaturas comprendidas entre -30°C y 50°C, por lo que las presiones dentro del sistema oscilarán entre 200 y 800 Mpa. Cada circuito está constituido, por una tubería (12) principal de diámetro interno 4 mm y 12 mm de espesor. En uno de sus extremos, en adelante extremo (19), se inserta una tubería (17) con un pistón (2) que se desplazará en ambos sentidos alternativamente, desplazado por la acción alternativa del fluido que cambia su volumen como consecuencia de sus cambios de estado. En este tramo, dispuesto en forma vertical (eje Z), la tubería tiene un diámetro interno de 30 mm, con un espesor de 90 mm y un largo de 1 metros. El pistón (2) se encuentra conectado a una unidad de fuerza (10) (figura 15) que para este ejemplo se llamará "unidad de fuerza . A dos metros del extremo, llamado extremo (20) para este ejemplo está conectada a la tubería principal (12), la cual tiene otra unidad de fuerza (9), en adelante "unidad de fuerza 2", que en este caso es un pistón cilindro hidráulico, que tiene como función principal mantener la presión interna del circuito sin necesidad de estar consumiendo una fuerza mientras la mantiene debido a que ésta tendrá un servofreno accionado electrónicamente o lo similar. Este además tiene un sensor que permite controlar el ingreso de fluido de relleno en el caso de ser necesario. El diámetro interno de la tubería (18) que llega al pistón cilindro hidráulico de la unidad de fuerza 2, es de 30 mm, tiene un espesor de 120 mm y un largo de 1 metros. En el otro extremo de la tubería principal (12), extremo (21 ) para este ejemplo, se conectan a 90° una primera tubería (13), donde emerge una primera tubería vertical (22) donde se conecta una primera pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Luego, siguiendo a la primera tubería (13), se conecta una segunda tubería (14) desde donde emerge una segunda tubería vertical (23) donde se conecta una segunda pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. En el último extremo de la tubería principal (12), extremo (22) para este ejemplo, se conecta a 90° una tercera tubería (15), desde donde emerge una tercera tubería vertical (24) donde se conecta una tercera pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Luego, siguiendo a la tercera tubería (15), se conecta una cuarta tubería (16) desde donde emerge una cuarta tubería vertical (25) donde se conecta una cuarta pluralidad de tuberías capilares (8) o lo similar. Las tuberías verticales (22, 23, 24, 25) tienen un diámetro interno de 1 mm y un espesor de 3 mm y un largo de 2 metros, separadas un metro entre sí. Las tuberías capilares (8) o lo similar tienen 0,1 mm de diámetro interno y espesor de 0,3 mm, las cuales tienen una longitud de un metro cada una, todas conectadas a estas cuatro tuberías secundarias (13, 14, 15, 16) que tienen un diámetro interno de 1,5 mm y un espesor de 1 ,5 mm y de largo 1 metros.
En este ejemplo se conectan en forma horizontal un total de 31280 tuberías capilares o lo similar en ambos circuitos de las cuales 3910 se conectan separadas de 4 mm entre sí a lo largo de cada tubería vertical (en total son ocho tuberías verticales, cuatro en cada circuito). El pistón (10) ubicado en el extremo de la tubería principal (extremo (19)) tiene un diámetro de 30 mm, la tubería (17) recorrida por el pistón se inicia en el extremo (19) hasta el extremo (20) y está colocada verticalmente. Para este caso habrá dos unidades de fuerza numero 1 , cada una se compone de un pistón cilindro hidráulico, el cual se conecta sobre cada uno de los dos ejes (51) que se encuentran por sobre los pistones de cada circuito y también esta unidad estará compuesta por un servofreno accionado electrónicamente o lo similar que estará conectado al sistema de control (11).
En la tubería principal (12) se colocan válvulas de corte para que cumplan la función de frenar el paso del C02 en el caso de ocurrir algún inconveniente o mantención.
Además, se instala una estructura de acero formada por perfiles tipo cajón de 150x150 mm y espesor 5 mm, con una altura de 2 metros, conectadas por vigas de acero del mismo tipo, para sostener las tuberías capilares.
Se introduce dióxido de carbono en adelante "CO2" y posteriormente el pistón cilindro hidráulico de la unidad de fuerza 2 la comprime levemente, sacando todo el aire del sistema y dejando sólo el CO2, cerrando los extremos libres con un tapón de tubería. Posteriormente, este pistón comprimirá el CO2 dentro del circuito hasta que este se transforme en sólido. Mientras esto ocurre el pistón estará emplazado en su recorrido mínimo con el servofreno o lo similar accionado.
Cada circuito funciona del mismo modo.
Las unidades de fuerza, en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del C02. El proceso señalado, en conjunto con la acción del servofreno o lo similar de la unidad de fuerza número 1 , evita que el pistón se devuelva y lo deja en su punto mínimo de recorrido, produciendo durante esta contracción el cambio de estado del C02 de estado líquido a estado sólido, debido a que el servofreno o lo similar impedirá que el CO2 se siga dilatando cuando se encuentre en fase parcialmente líquida, debido a que el C02 empujará el pistón sin poder desplazarlo, provocando un aumento de presión que traspasará la curva de Fusion/Solidificacion y esta inicie su proceso de solidificación. Al iniciar este proceso de solidificación, el CO2 disminuirá su volumen a causa de la solidificación parcial, lo que provocará un desplazamiento del pistón y una disminución de presión, lo que a su vez provocará que el C02 vuelva a estar bajo la curva y se vuelva a repetir el proceso sucesivamente hasta que el CO2 quede completamente o casi completamente comprimido en estado sólido. El pistón cilindro hidráulico de la misma unidad de fuerza, servirá como apoyo para acelerar el regreso del pistón, si fuese necesario; mientras que el pistón del otro circuito, de forma simultánea, estará efectuando el proceso de cambio de estado inverso, es decir, de sólido a líquido o fluido supercritico. Estos procesos se realizan a través de un proceso térmico y mecánico de transferencia de calor. Durante estos procesos, el sistema de control que recibe información de la posición de los pistones y de cuatro sensores de temperatura y presión, colocados cada uno en las tuberías capilares de cada tubería secundaria en cada circuito, obtienen información de la temperatura dentro de éstos y la temperatura externa. La función del sistema de control es controlar los cambios de estado a través de la activación de la unidad de fuerza número 1, lo que provocará la contracción del CO2 y la desactivación de esta unidad, lo que causa a su vez una disminución de la presión interna del circuito, debido a que la única presión que estará ejercida sobre el circuito sera la del peso del pistón, su respectivo eje y la fuerza que ejercerá el eje que irá conectado a los equipos electromecánicos para la generación, ademas de la fuerza que podría ejercer el eje sobre el eje del otro circuito, lo que a su vez provocará el cambio de estado de sólido a líquido o fluido supercritico, causando, por último, la dilatación del CO2. Para mayor claridad, cuando la unidad de fuerza número 1 de uno de los circuitos esté activada, , la correspondiente unidad del otro circuito, estará desactivada, aun asi los ejes de ambos circuitos pueden ir conectados para que cuando un circuito tenga sus unidades de fuerza numero 1 desactivado pueda ayudar a través de su eje a traspasar fuerza al otro eje para ayudar a la devolución del pistón del otro circuito. Además, para evitar traspasar la presión máxima de diseño, si bien ésta está controlada desde el comienzo, el sistema de control activará el pistón cilindro hidráulico que bajara la presión interna del circuito , pudiendo también funcionar como apoyo para en el caso que se requiera realizar con mayor velocidad el cambio de fase del estado gaseoso al estado líquido .
Debido a que el CO2 en su estado sólido a esa presión tiene una densidad mayor al CO2 líquido o fluido supercritico, cuando se produce el cambio de estado de estado sólido a estado líquido o fluido supercritico se produce un cambio de volumen dependiendo de la presión a la que se encontrará el fluido en ese cambio de fase, y este cambio produce un desplazamiento que junto con la presión interna del circuito ésta hace desplazar el pistón con un trabajo W en Joule que es igual al volumen en metros cúbicos multiplicado por la presión dentro del circuito en unidades Pascal, lo que produce energía mecánica, que traspasa esta energía a equipos electromecánicos, mediante un eje parte del sistema cilindro/pistón y conectado a un segundo eje que se conecta a un generador, el cual es un equipo que permite transformar la potencia mecánica en potencia eléctrica, la cual produce energía eléctrica con una capacidad nominal de 0,5 KW. Este proceso se repite en forma continua, durante todo el día, aprovechando las oscilaciones de temperatura que se producen en forma natural. El CO2 cederá calor ambiental cuando ésta se solidifique y absorberá calor cuando ésta se derrita. Todo este calor absorbido o cedido producirá los cambios de estado mencionados anteriormente.
Ejemplo 3:
Se construyen dos circuitos confinados constituidos por tuberías de acero, los cuales tendrán una presión de diseño de 1115 Mpa, y funcionan para este caso a temperaturas comprendidas entre -21 °C y 30°C, por lo que las presiones dentro del sistema para este caso oscilarán entre 210 y 1050 Mpa. El circuito está constituido, por una tubería (12) principal de diámetro interno 7 mm y 13 mm de espesor de largo 4 metros. En uno de sus extremos, en adelante extremo (19), se inserta una tubería (17) de diámetro interno de 1 mm, con un espesor de 4 mm y largo 50 mm conectada a una bomba lineal intens'rficadora en adelante "el intensificador" que es parte de la unidad de fuerza (10) figura 17, de largo 482 mm y diámetro de 152 mm, dentro de este se encuentra un pistón (2) y dos pistones (50) ubicadas cada uno en un lado de cada cámara, que se desplazarán en ambos sentidos alternativamente (figura 17), desplazado por la acción alternativa del fluido en cada circuito que cambia su volumen como consecuencia de sus cambios de estado. El intensificador tiene un sensor que permite controlar el ingreso de fluido de relleno en el caso de ser necesario a través de una válvula de llenado y controlar la presión a través de una válvula de alivio y para este caso una bomba hidráulica (32) junto con una válvula de control direccional y otros elementos típicos de una bomba lineal intensificadora, partes de la unidad de fuerza 1 que comprime el pistón (2) para cambiar el fluido de estado. A 0,1 metros del extremo, llamado extremo (20), extremo ubicado a 4 metros del extremo 19 para este ejemplo está conectada al sistema de control (1 ) el cual controla el funcionamiento de las unidades de fuerza y los equipos electromecánicos, todos conectados a través de circuitos alámbricos e inalámbricos.
En el otro extremo de la tubería principal (12), extremo (21 ) para este ejemplo, se conecta a 90° una primera tubería (13), desde donde emerge una primera tubería vertical (22) donde se conecta una primera pluralidad de tuberías capilares (8). Luego, siguiendo a la primera tubería (13), se conecta una segunda tubería (14) desde donde emerge una segunda tubería vertical (23) donde se conecta una segunda pluralidad de tuberías capilares (8). En el último extremo de la tubería principal (12), extremo (22) para este ejemplo, se conecta a 90° una tercera tubería (15), desde donde emerge una tercera tubería vertical (24) donde se conecta una tercera pluralidad de tuberías capilares (8). Luego, siguiendo a la tercera tubería (15), se conecta una cuarta tubería (16) desde donde emerge una cuarta tubería vertical (25) donde se conecta una cuarta pluralidad de tuberías capilares (8). Las tuberías verticales (22, 23, 24, 25) tienen un diámetro interno de 5 mm. y un espesor de 10 mm, separadas un metro entre sí. Las tuberías capilares (8) tienen 0,1 mm de diámetro interno y espesor de 0,2 mm, las cuales tienen una longitud de 60 metros cada una, todas conectadas a estas cuatro tuberías secundarias (13, 14, 15, 16) que tienen un diámetro interno de 5 mm. y un espesor de 10 mm y de largo 5 metros. En este ejemplo se conectan en forma horizontal un total de 4750 tuberías capilares de las cuales 1187 se conectan separadas de 4 mm entre sí a lo largo de cada tubería secundaria. El pistón (2) ubicado dentro de la bomba lineal intensificadora tiene un diámetro de 50 mm, la tubería recorrida por los pistones cilindros (50) se inicia en cada lado de la cámara de la bomba lineal y están colocados verticalmente. Para este caso habrá una unidad de fuerza número 1 (figura 17) cada una se compone de dos pistones cilindro (50), sobre estos se les conectan dos ejes (5 ) y en cada uno de estos ejes un servofreno accionado electrónicamente, que estara conectado al sistema de control.
En la tubería principal (12) se colocan válvulas de corte para que cumplan la función de frenar el paso del fluido en el caso de ocurrir algún inconveniente o mantención.
Además, se instala una estructura de acero formada por perfiles tipo cajón de 150x150 mm y espesor 5 mm, con una altura de 6 metros, conectadas por vigas de acero del mismo tipo, para sostener las tuberías capilares.
Se introduce agua destilada, en adelante "agua", y posteriormente el pistón cilindro hidráulico de la unidad de fuerza 1 la comprime levemente, sacando todo el aire del sistema y dejando sólo el agua, cerrando los extremos libres con un tapón de tubería. Posteriormente, este pistón comprimirá el agua dentro del circuito hasta que ésta se solidifique. Mientras esto ocurre el pistón (2) estará emplazado en su recorrido mínimo, al igual que el pistón (50) con el servofreno accionado.
Cada circuito funciona del mismo modo.
La unidad de fuerza 1 , en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hace variar la presión interna de cada circuito y con ello se producen los cambios de estado del agua. El proceso señalado, en conjunto con la acción de los componentes de la unidad de fuerza número 1 , evita que el pistón se devuelva y lo deja en su punto mínimo de recorrido, produciendo durante esta contracción el cambio de estado del agua de estado líquido a estado sólido ( hielo III, o hielo V, o hielo VI), a modo de ejemplo, absorbiendo calor con el derretimiento del hielo III a una temperatura del agua en las tuberías de -21 grados Celsius estando la temperatura del otro medio por sobre esta, y en ese mismo instante cediendo calor con la transformación de líquido a sólido del circuito opuesto , debido a que la válvula unidireccional o lo similar impedirá que el agua se siga dilatando cuando se encuentre en fase parcialmente líquida, debido a que el agua empujará el pistón sin poder desplazarlo, provocando con la ayuda de la unidad de fuerza 1 un aumento de presión que traspasará la curva de fusión/solidificación y esta inicie su proceso de solidificación. Al iniciar este proceso, el agua disminuirá su volumen a causa de la solidificación parcial (en el caso del hielo Ih aumentara su volumen funcionando inversamente), lo que provocará un desplazamiento del pistón y una disminución de presión lo que a su vez provocará que el agua vuelva a estar bajo la curva y se vuelve a repetir el proceso sucesivamente hasta que el agua quede completamente o casi completamente comprimida en estado sólido. La bomba Hidrualica (32) de la misma unidad de fuerza, servirá como apoyo para acelerar el regreso del pistón, si fuese necesario, junto con la acción de empuje del circuito opuesto sobre el pistón cuando esta se expanda, mientras que el pistón de este circuito opuesto, de forma simultánea, estará efectuando el proceso de cambio de estado inverso, es decir, de sólido a líquido. Estos procesos se realizan a través de un proceso térmico y mecánico de transferencia de calor. Durante estos procesos, el sistema de control que recibe información de la posición de los pistones y de dos sensores de temperatura y presión, colocados cada uno en las tuberías capilares de cada tubería secundaria en cada circuito, obtienen información de la temperatura dentro de éstos y la temperatura externa. La función del sistema de control es controlar los cambios de estado a través de la unidad de fuerza número 1 , controla los componentes y equipos auxiliares. Además, para evitar traspasar la presión máxima de diseño cuando se detenga el sistema, el sistema de control activará la válvula de alivio o lo similar para liberar presión.
Debido a que el agua en su estado sólido (hielo II, o hielo III, o hielo V o hielo VI según sea el caso) a esa presión tiene una densidad mayor al agua líquida, cuando se produce el cambio de estado de estado sólido a estado líquido se produce un cambio de volumen (para el caso del hielo Ih sera inverso) de aproximadamente un 2 a 11 % dependiendo de la presión a la que se encontrará el fluido en ese cambio de fase, y este cambio produce un desplazamiento que junto con la presión interna del circuito, ésta hace desplazar el pistón con un trabajo W en Joule que es igual al Volumen en m3 multiplicado por la presión dentro del circuito en unidades Pascal, lo que produce energía mecánica, que traspasa esta energía a equipos electromecánicos mediante un eje parte del sistema cilindro/pistón y conectado a un segundo eje que se conecta a un generador, el cual es un equipo que permite transformar la potencia mecánica en potencia eléctrica, la cual produce energía eléctrica con una capacidad nominal de l KW.
Este proceso se repite en forma continua, durante todo el día, aprovechando las oscilaciones de temperatura que se producen en forma natural. El agua cederá calor ambiental cuando ésta se solidifique y absorberá calor cuando ésta se derrita. Todo este calor absorbido o cedido producirá los cambios de estado mencionados anteriormente.
Referencias:
[1] Revised Reléase on the Pressure along the Melting and Sublimation Curves of Ordinary Water Substance IAPWS R14-08(2011) http://www.iapws.org.
[2] M. Choukrouna and O. Grasset, Thermodynamic model for water and high-pressure ices up to 2.2 GPa and down to the metastable domain, J. Chem. Phys. 127 (2007) 124506.
[3] M. P. Verma, Steam tables for puré water as an ActiveX component in Visual Basic 6.0, Computers Geosci. 29(2003) 1155-1163.
[4] D. Eisenberg and W. Kauzmann, The structure and properties of water (Oxford University Press, London, 1969); (b) The dodecahedral interstitial model is described in L Pauling, The structure of water, In Hydrogen bonding, Ed. D. Hadzi and H. W. Thompson (Pergamon Press Ltd, London, 1959) pp. 1-6
[5] Equations of state of ice VI and ice VII at high pressure and high temperature citation The journal of chenical physics 141 , 104505 (2014)) [6] Time-resolved x-ray diffraction across water-ice-VI/VII transformations using the dynamic-DAC
{7] N. H. Fletcher, In The Chemical Physics of Ice, (Cambridge University Press; 1970)
[8] G. C. León, S. Rodríguez Romo and V. Tchijov, Thermodynamics of high-pressure ice polymorphs: ice II, Journal of Physical Chemistry Solids 63 (2002) 843-851
[9] Formulations for vapor pressure, frostpoint temperatura, dewpoint temperatura, and enhancement factors in the range -100 to +100 C, Bob Hardy
[ 0] Revised Reléase on the Pressure along the Melting and Sublimation Curves of Ordinary Water Substance IAPWS R14-08(201 ) http://www.iapws.org.
[2]http://www. uigi. com/carbondioxide. htm I

Claims

Reivindicaciones.-
1 - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, pudiendo emplazar plantas productoras de energía en cualquier lugar disponible, sujeto únicamente a la existencia de una oscilación térmica y a altas presiones, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
(a) proveer de una tubería con un extremo cerrado, teniendo en su interior un pistón para conformar un circuito cerrado;
(c) llenar dicha tubería con fluido comprensible y expansible;
(b) conectar dicho pistón a una unidad generadora de energía eléctrica.
(d) comprimir dicha tubería hasta transformar dicho fluido en estado gaseoso en líquido o fluido supercritico , de tal forma de presurizarlo teniendo que estar el pistón en su recorrido mínimo con el servofreno o lo similar accionado;
(e) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una variación de temperatura, para provocar la expansión del fluido, se desactiva el servofreno o lo similar y esta expansión mueve el pistón para provocar trabajo mecánico;
(f) frenar con un servofreno o lo similar el pistón para aumentar la presión;
(g) soltar el servofreno o lo similar para liberar el pistón; y
(h) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una temperatura menor o mayor, para provocar la contracción del fluido y retrotraer el pistón a una posición inicial para comenzar con un nuevo ciclo.
2 - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque se utiliza la temperatura ambiental en combinación con variaciones de presión, de modo de provocar el cambio de estado del fluido sometido a altas presiones dentro de un circuito confinado, desde su estado gaseoso o parcialmente gaseoso a un estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico y viceversa, sustancia que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura del fluido, según sea la presión a que se encuentre sometido, debido a la tendencia del fluido a alcanzar o igualar la temperatura ambiental, que se produce por medio de la transferencia de calor.
3. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 1 o 2, CARACTERIZADO porque se introduce un fluido dentro del circuito, se aplica presión y se expone a la temperatura ambiente, de modo que la presión aplicada según sea la temperatura interna del fluido, permita alcanzar el cambio de estado del fluido, de gaseoso a líquido o parcialmente líquido, o fluido supercritico y viceversa, a temperatura ambiente.
4. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque mediante unidades de fuerza en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del fluido desde el estado gaseoso o parcialmente gaseoso hacia el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico y viceversa.
5. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque al utilizar C02, comprende las siguientes etapas: se introduce CO2 dentro de uno o más circuitos confinados, sometiéndola a una alta presión, típicamente mayor a 1 ,5 Mpa y se expone a la temperatura ambiente, que típicamente debe ser igual o superior a - 30°C, mientras que la temperatura máxima dentro del sistema a la cual se podrán hacer los cambios de estado estará condicionada por la presión máxima de diseño, que para efectos de diseño, la presión no debe superar los 30 Mpa, a una temperatura no superior a los +60°C.
6. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque al utilizar CO2, comprende el uso de una o más unidades de fuerza para obtener el control de la presión interna del circuito confinado, de modo tal de provocar el cambio de estado del C02, desde el estado gaseoso hacia el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico.
7 - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, CARACTERIZADO porque comprende:
(a) un conjunto de tuberías para conformar un circuito confinado de tuberías, el cual está cerrado en uno de sus extremos;
(b) una primera unidad de fuerza situada dentro de las tuberías, que cierra el conjunto de tuberías y que genera trabajo mecánico (W);
(c) una segunda unidad de fuerza situado en un extremo de una tubería para generar presión interna;
(d) un sistema de control automático que controla la presión y la contracción de modo tal de provocar el cambio de estado del fluido, desde el estado gaseoso hacia el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico;
(e) uno o más sensores de temperatura y presión del circuito confinado que entregan información al sistema de control.
(f) un servofreno o lo similar accionado electrónicamente que se conecta a la primera unidad de fuerza, que está conectada al sistema de control automático; y
(g) un servofreno accionado electrónicamente o lo similar conectado a una segunda unidad de fuerza, la cual aumenta la presión en el sistema y conectado al sistema de control automático.
8. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque las unidades de fuerza son pistones,, pistones cilindro hidráulico, bomba presurizadora, bomba hidráulica, bomba lineal intensificadora, bomba rotativa de accionamiento directo, motor eléctrico, o lo similar válvula de control direccional u otro accionados electrónicamente, además de otros componentes como actuadores y servofrenos accionados electrónicamente, válvula de llenado, válvula de alivio o lo similar.
9. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 7 a 8, CARACTERIZADO porque al utilizar una bomba lineal intensificadora se le conecta un pistón en cada cámara.
10. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 7 a 9, CARACTERIZADO porque además comprende un eje conectado al pistón.
11- Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, CARACTERIZADO porque el eje está conectado a otro eje que se conecta a un generador eléctrico.
12. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11 , CARACTERIZADO porque el segundo eje está conectado al segundo eje del circuito opuesto para traspasar parte de la fuerza a este segundo eje.
13. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, CARACTERIZADO porque parte de las tuberías son tuberías capilares o lo similar.
14. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, CARACTERIZADO porque además comprende vigas y pilares para conformar una estructura que soporte a las tuberías.
15. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, pudiendo emplazar plantas productoras de energía en cualquier lugar disponible, sujeto únicamente a la existencia de una oscilación térmica y a altas presiones, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
(a) proveer de una tubería con un extremo cerrado, teniendo en su interior un pistón para conformar un circuito cerrado;
(c) llenar dicha tubería con fluido comprensible y expansible;
(b) conectar dicho pistón a una unidad generadora de energía eléctrica.
(d) comprimir dicha tubería hasta transformar dicho fluido en sólido , de tal forma de presurizarlo teniendo que estar el pistón en su recorrido mínimo con el servofreno o lo similar accionado;
(e) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una variación de temperatura, para provocar la expansión del fluido, se desactiva el servofreno o lo similar y esta expansión mueve el pistón para provocar trabajo mecánico;
(f) frenar con un servofreno o lo similar el pistón para aumentar la presión;
(g) soltar el servofreno o lo similar para liberar el pistón; y
(h) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una temperatura menor o mayor, para provocar la contracción del fluido y retrotraer el pistón a una posición inicial para comenzar con un nuevo ciclo.
16. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque se utiliza la temperatura ambiental en combinación con variaciones de presión, de modo de provocar el cambio de estado del fluido sometido a altas presiones dentro de un circuito confinado, desde su estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico a un estado sólido o parcialmente sólido y viceversa, sustancia que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura del fluido, según sea la presión a que se encuentre sometido, debido a la tendencia del fluido a alcanzar o igualar la temperatura ambiental, que se produce por medio de la transferencia de calor.
17. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 15 o 16, CARACTERIZADO porque se introduce un fluido dentro del circuito, se aplica presión y se expone a la temperatura ambiente, de modo que la presión aplicada según sea la temperatura interna del fluido, permita alcanzar el cambio de estado del fluido, de gaseoso, líquido, parcialmente líquido, o fluido supercritico a sólido, a temperatura ambiente.
18. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 15, 16 y 17, CARACTERIZADO porque mediante unidades de fuerza en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del fluido desde el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico hacia el estado sólido o parcialmente sólido y viceversa.
19. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque al utilizar C02, comprende las siguientes etapas: se introduce C02 dentro de uno o más circuitos confinados, sometiéndola a una alta presión, típicamente mayor a 150 Mpa y se expone a la temperatura ambiente, que típicamente debe ser igual o superior a - 30°C, mientras que la temperatura máxima dentro del sistema a la cual se podrán hacer los cambios de estado estará condicionada por la presión máxima de diseño, que para efectos de diseño, la presión no debe superar los 2000 Mpa, a una temperatura no superior a los +80°C.
20. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque al utilizar CO2, comprende el uso de una o más unidades de fuerza para obtener el control de la presión interna del circuito confinado, de modo tal de provocar el cambio de estado del CO2, desde el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico hacia el estado sólido.
21. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, CARACTERIZADO porque comprende:
(a) un conjunto de tuberías para conformar un circuito confinado de tuberías, el cual está cerrado en uno de sus extremos;
(b) una primera unidad de fuerza situada dentro de las tuberías, que cierra el conjunto de tuberías y que genera trabajo mecánico (W);
(c) una segunda unidad de fuerza situado en un extremo de una tubería para generar presión interna;
(d) un sistema de control automático que controla la presión y la contracción de modo tal de provocar el cambio de estado del fluido, desde el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico hacia el estado sólido o parcialmente sólido ;
(e) uno o más sensores de temperatura y presión del circuito confinado que entregan información al sistema de control.
(f) un servofreno o lo similar accionado electrónicamente que se conecta a la primera unidad de fuerza, que está conectada al sistema de control automático; y
(g) un servofreno accionado electrónicamente o lo similar conectado a una segunda unidad de fuerza, la cual aumenta la presión en el sistema y conectado al sistema de control automático.
22 - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque las unidades de fuerza son pistones,, pistones cilindro hidráulico, bomba presurizadora, bomba hidráulica, bomba lineal intensificadora, bomba rotativa de accionamiento directo, motor eléctrico, o lo similar válvula de control direccional u otro accionados electrónicamente, además de otros componentes como actuadores y servofrenos accionados electrónicamente, válvula de llenado, válvula de alivio o lo similar.
23. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 21 a 22, CARACTERIZADO porque al utilizar una bomba lineal intensificadora se le conecta un pistón en cada cámara.
24. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 21 a 23, CARACTERIZADO porque además comprende un eje conectado al pistón.
25. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, CARACTERIZADO porque el eje está conectado a otro eje que se conecta a un generador eléctrico.
26. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 25, CARACTERIZADO porque el segundo eje está conectado al segundo eje del circuito opuesto para traspasar parte de la fuerza a este segundo eje.
27. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 26, CARACTERIZADO porque parte de las tuberías son tuberías capilares o lo similar.
28. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, CARACTERIZADO porque además comprende vigas y pilares para conformar una estructura que soporte a las tuberías.
29. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utilizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, pudiendo emplazar plantas productoras de energía en cualquier lugar disponible, sujeto únicamente a la existencia de una oscilación térmica y a altas presiones, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
(a) proveer de una tubería con un extremo cerrado, teniendo en su interior un pistón para conformar un circuito cerrado;
(c) llenar dicha tubería con fluido comprensible y expansible;
(b) conectar dicho pistón a una unidad generadora de energía eléctrica.
(d) comprimir dicha tubería hasta transformar dicho fluido en sólido , de tal forma de presurizarlo teniendo que estar el pistón en su recorrido mínimo con el servofreno o lo similar accionado;
(e) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una variación de temperatura, para provocar la expansión del fluido, se desactiva el servofreno o lo similar y esta expansión mueve el pistón para provocar trabajo mecánico;
(f) frenar con un servofreno o lo similar el pistón para aumentar la presión;
(g) soltar el servofreno o lo similar para liberar el pistón; y
(h) exponer dicho circuito cerrado al ambiente, el cual tiene una temperatura menor o mayor, para provocar la contracción del fluido y retrotraer el pistón a una posición inicial para comenzar con un nuevo ciclo.
30. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque se utiliza la temperatura ambiental en combinación con variaciones de presión, de modo de provocar el cambio de estado del fluido sometido a altas presiones dentro de un circuito confinado, desde su estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico a un estado sólido o parcialmente sólido y viceversa, sustancia que se transformará en uno u otro dependiendo de la temperatura del fluido, según sea la presión a que se encuentre sometido, debido a la tendencia del fluido a alcanzar o igualar la temperatura ambiental, que se produce por medio de la transferencia de calor.
31. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 29 o 30, CARACTERIZADO porque se introduce un fluido dentro del circuito, se aplica presión y se expone a la temperatura ambiente, de modo que la presión aplicada según sea la temperatura interna del fluido, permita alcanzar el cambio de estado del fluido, de gaseoso, líquido, parcialmente líquido, o fluido supercritico a sólido, a temperatura ambiente.
32. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 29, 30 y 31 , CARACTERIZADO porque mediante unidades de fuerza en combinación con el proceso térmico de transferencia de calor, hacen variar la presión interna del circuito y con ello se producen los cambios de estado del fluido desde el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico hacia el estado sólido o parcialmente sólido y viceversa.
33. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque al utilizar agua, preferentemente agua destilada, comprende las siguientes etapas: se introduce agua dentro de uno o más circuitos confinados, sometiéndola a una presión, típicamente mayor a 0,13 Mpa para el caso de provocar los cambios de estado de sólido conocido como hielo Ih a hielo II y viceversa, hielo II a hielo III y viceversa, hielo III a hielo V y viceversa, hielo V y hielo VI y viceversa, y hielo VI a hielo VII y viceversa y se expone a la temperatura ambiente, temperatura del agua que típicamente debe ser igual o superior a -50°C, mientras que la temperatura máxima dentro del sistema a la cual se podrán hacer los cambios de estado estará condicionada por la presión máxima de diseño, que para efectos de su aplicación industrial, la presión no debe superar los 2465 Mpa, a una temperatura no superior a los +90°C.
34. - Un método para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque al utilizar agua, preferentemente agua destilada comprende el uso de una o más unidades de fuerza para obtener el control de la presión interna del circuito confinado, de modo tal de provocar el cambio de estado del agua, desde el estado líquido hacia el estado conocido como hielo Ih a hielo II y viceversa, hielo II a hielo III y viceversa, hielo III a hielo V y viceversa, hielo V y hielo VI y viceversa, y hielo VI a hielo VII y viceversa.
35. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, utílizable para generar energía eléctrica a través del funcionamiento de equipos electromecánicos, CARACTERIZADO porque comprende:
(a) un conjunto de tuberías para conformar un circuito confinado de tuberías, el cual está cerrado en uno de sus extremos;
(b) una primera unidad de fuerza situada dentro de las tuberías, que cierra el conjunto de tuberías y que genera trabajo mecánico (W);
(c) una segunda unidad de fuerza situado en un extremo de una tubería para generar presión interna;
(d) un sistema de control automático que controla la presión y la contracción de modo tal de provocar el cambio de estado del fluido, desde el estado líquido o parcialmente líquido o fluido supercritico hacia el estado sólido o parcialmente sólido ;
(e) uno o más sensores de temperatura y presión del circuito confinado que entregan información al sistema de control.
(f) un servofreno o lo similar accionado electrónicamente que se conecta a la primera unidad de fuerza, que está conectada al sistema de control automático; y
(g) un servofreno accionado electrónicamente o lo similar conectado a una segunda unidad de fuerza, la cual aumenta la presión en el sistema y conectado al sistema de control automático.
36. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 35, CARACTERIZADO porque las unidades de fuerza son pistones,, pistónes cilindro hidráulico, bomba presurizadora, bomba hidráulica, bomba lineal intensificadora, bomba rotativa de accionamiento directo, motor eléctrico, o lo similar válvula de control direccional u otro accionados electrónicamente, además de otros componentes como actuadores y servofrenos accionados electrónicamente, válvula de llenado, válvula de alivio o lo similar.
37. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 35 a 36, CARACTERIZADO porque al utilizar una bomba lineal intensificadora se le conecta un pistón en cada cámara.
38. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según la reivindicación 35 a 37, CARACTERIZADO porque además comprende un eje conectado al pistón.
39. - Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 35 a 38, CARACTERIZADO porque el eje está conectado a otro eje que se conecta a un generador eléctrico.
40.- Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 35 a 39, CARACTERIZADO porque el segundo eje está conectado al segundo eje del circuito opuesto para traspasar parte de la fuerza a este segundo eje.
41- Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 35 a 40, CARACTERIZADO porque parte de las tuberías son tuberías capilares o lo similar.
42.- Un sistema para producir energía mecánica a partir del calor ambiental, según cualquiera de las reivindicaciones 35 a 41 , CARACTERIZADO porque además comprende vigas y pilares para conformar una estructura que soporte a las tuberías.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019126899A1 (es) * 2017-12-29 2019-07-04 Ahr Energy Spa Método para producir transferencia de calor entre dos o mas medios y un sistema para ejecutar dicho método
US11655802B1 (en) * 2023-01-05 2023-05-23 William A. Kelley Atmospheric energy recovery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3013329A1 (de) * 1980-04-05 1982-01-21 Dieter 4619 Bergkamen Pomplun Vakuummotor zur ausnutzung des atmosphaerischen luftdruckes
US4624109A (en) * 1981-08-27 1986-11-25 Minovitch Michael Andrew Condensing atmospheric engine and method
JP2013040606A (ja) * 2011-08-17 2013-02-28 Kazuhiko Nagashima 高効率常温熱エネルギーの回収法及び回収装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3013329A1 (de) * 1980-04-05 1982-01-21 Dieter 4619 Bergkamen Pomplun Vakuummotor zur ausnutzung des atmosphaerischen luftdruckes
US4624109A (en) * 1981-08-27 1986-11-25 Minovitch Michael Andrew Condensing atmospheric engine and method
JP2013040606A (ja) * 2011-08-17 2013-02-28 Kazuhiko Nagashima 高効率常温熱エネルギーの回収法及び回収装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019126899A1 (es) * 2017-12-29 2019-07-04 Ahr Energy Spa Método para producir transferencia de calor entre dos o mas medios y un sistema para ejecutar dicho método
US11655802B1 (en) * 2023-01-05 2023-05-23 William A. Kelley Atmospheric energy recovery

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