1.- DEFINICION.- Un aero generador gravitacional es un mecanismo que impulsa una masa de aire contenida en una cámara cerrada con una salida única donde se encuentra ubicada una turbina WELLS. La masa de aire es impulsada por un pistón que a su vez es accionado de forma diversa, como ser: manualmente por efecto de palanca, columna de agua oscilante (OWC), aire comprimido, pistón hidráulico, molino de aspas, etc. Este dispositivo permite impulsar una gran masa de aire con el empleo de un mínimo de energía. La ley de conservación de la energía se cumple porqué el principio Beto ya descrito en la anterior entrada así lo permite
2.- ELEMENTOS.- a)Una cámara cerrada. Para el efecto, puede tratarse de una habitación completamente hermética, una sección de tubo cerrado situado verticalmente y cerrado en ambos extremos. La forma de la cámara es irrelevante. La cámara cerrada dispone en la parte superior y situada sobre un lado, una salida de aire. La salida de aire puede ser cónica de modo tal de aumentar la velocidad de la masa de aire en la salida --efecto VENTURI-- Al extremo de la salida de aire se ubica: b) turbina WELLS adecuada a la masa de aire que será impulsada. c) Un pistón. La forma del pistón es irrelevante. Se sugiere un disco plano no endeble. Puede tratarse de un disco ligero estructural y puede ser hecho de material plástico de modo tal que su forma corresponda a la de un cilindro cuyo espesor es marcadamente inferior respecto de su diámetro. El pistón se encontrará adherido a la base de la cámara cerrada por una membrana plástica, de modo tal que cuando sea elevado se desplaze hacia arriba y la membrana lo acompañe en su carrera impidiendo de este modo la entrada de aire del exterior y a la vez cuando se desplace hacia arriba la membrana adherida al disco forme un cilindro. El área del pistón multiplicada por la distancia que recorre determina el volumen de la masa de aire que será desplazada. El peso del pistón no es importante, pero para propósitos prácticos. es preferible que no sea muy pesado. c) El mecanismo que impulsa el pistón. Para este caso, el pistón será impulsado por una palanca sin ventaja mecánica, esto es, que el brazo de potencia es igual al brazo de resistencia. Para que esto sea posible, en el piso, esto es, en la parte inferior de la cámara deberá practicarse un agujero en su centro de modo tal que por ese agujero, hueco o perforación pase un eje o tubo que será el que eleve el pistón. Si el pistón fuera impulsado por agua, el pistón deberá ser cilíndrico totalmente, igualmente deberá estar adherido al piso de la cámara por una membrana que impida el ingreso de aire del exterior, e impida la salida de aire de la cámara por ese lugar, el pistón será tan largo como sea posible y su altura que comienza en el piso de la cámara cuando todavía no es impulsado continúa hacia abajo, esto es, a su base, podrá disponer de una guía, esto es, de un eje o tubo que discurra libremente por su centro hasta por lo menos unos 10 cm. de su extremo superior. Cuando el agua ingresa en la poza donde se encuentra el cilindro, lo impulsará hacia arriba. El cilindro no se desviará en su recorrido porqué la guia se lo impide. d) En el centro y en la parte superior e interior de la cámara se encuentra una polea fija. Esta polea contiene una cuerda. uno de cuyos extremos está sujeto al centro del pistón y el otro extremo a un peso que es equivalente al peso total del pistón más rozamiento de polea y peso de la cuerda menos 1 kilogramo, de modo tal que el contrapeso determina que el peso total del sistema que será elevado sea de un kilogramo. Debe tenerse en cuenta que el peso que pende por encima del pistón lo haga a una altura suficiente, para que cuando baje, cuando el pistón suba, no interfiera con éste. e) generador, que se encuentra ubicado detrás de la turbina y transforma el movimiento del eje en electricidad.
3.- FUNDAMENTOS: a) En su obra "Diseño y fabricación de un prototipo a pequeña escala de una turbina de aire, para el aprovechamiento de la energía marina, a bajo costo mediante técnicas de prototipado rápido" II Congreso UPC sostenible 2015 - X. Saluena Berna, J.A. Ortiz Marzo, A. Raso Bautista. - Grupo de Tecnología de fabricación Dept. Enginyeria Mecánica, ETSEAT (UPC) C/Colom 11 - 08222 Terrassa (SPAIN) TEL.: +34 93 739 87 13 - xaviersaluena@upc.edu jose.antonio.ortiz@upc.edu han determinado que un prototipo de turbina WELLS requiere para su funcionamiento de una masa de aire con velocidad de 2.5 m3 por segundo para activar la turbina. b) En su obra "Una aproximación al aprovechamiento de la energía de las olas para la generación de electricidad" Julia Fernández Chozas - juliafernandezchozas@gmail.com ha determinado: pags. 116, 117 " la conversión primaria tiene lugar en la estructura hueca o cámara, caracterizada porqué en ella no hay piezas móviles; de hecho, es la propia columna de agua la que actua como un pistón (el área de la sección transversal de la cámara varía en el rango 80 - 250 m2 para unos dispositivos de 60 - 500 kw de potencia nominal" se refiere al sistema OWC o columna de agua oscilante. pag. 134 : " Un detalle importante es que, cuando el periodo de la ola es muy pequeño, la longitud de onda puede ser igual que la longitud de la cámara, y por lo tanto, no hay ni desplazamiento de flujo en el interior de la cámara ni variación de la presión." c) Como puede deducirse de lo anterior: 1.- un prototipo pequeño de turbina WELLS requiere como mínimo de una masa de aire que se desplaze a la velocidad de 2.5 metros cúbicos por segundo, lo que significa que 2.5 m3 de aire fluyan a través de la turbina en un segundo, esto es, que una masa de aire de 2.5 metros cúbicos abandone la cámara en por lo menos un segundo o menos. 2.- En sistemas de conversión primaria OWC o columna de agua oscilante, donde el agua al ingresar a una cámara asciende dentro de ésta, bastaría que se impulsen 80 metros cúbicos de aire para producir una potencia nominal de 60 kw. 3.- En los sistemas OWC o de columna de agua oscilante el desplazamiento de esta masa de aire no es constante, se produce a la frecuencia en que las olas impactan en la cámara. Esta frecuencia es de una por cada 10 segundos en promedio o de seis veces por minuto en el mejor de los casos. d) La turbina WELLS gira en un solo sentido cuando el aire sale de la cámara como cuando regresa para compensar el vacío. la electricidad que se produce es electricidad continua, que naturalmente puede ser transformada. e) En los sistemas OWC o de columna de agua oscilante, por cada metro cúbico de aire que se desplaza se requiere de un volumen de agua equivalente, esto es de un metro cúbico, pero como un metro cúbico de agua pesa 1000 kilos y un metro cúbico de aire pesa un kilo, la eficiencia de este sistema tiende a cero. f) Si es cierto, como es cierto, que Saluena,Ortiz y Raso ya citados han demostrado experimentalmente que se requiere cuando menos de una velocidad de la masa de aire de 2.5 m3 por segundo cualquier otra velocidad mayor es mejor, siempre y cuando no dañe los equipos. Cuando la velocidad del aire es mucho mayor, la masa de aire tiende a comportarse como un sólido, de hecho una velocidad de 10 metros por segundo es una velocidad de 36 kilómetros a la hora y es mucho más que aceptable.g) El aire no es un gas, aunque se comporte hasta donde sabemos como tal, de hecho es una mezcla de gases y partículas incluyendo vapor de agua. El peso del aire cuando, y solo sí, está contenido en un recipiente cerrado es de aproximadamente un kilo por metro cúbico, pero esto no significa que se requiere de un kilo para impulsar una masa de aire de un metro cúbico, porqué el aire al comportarse como un gas, tiende a ocupar todo el volumen disponible del recipiente que lo contiene (atmósfera) y tiende a desplazarse hacia donde encuentre menos resistencia, por esta razón cuando está contenido dentro de una cámara cerrada y es impulsado desde abajo se dirige hacia la única salida disponible, que es la que ofrece menor resistencia, esto es, donde se aloja la turbina. h) la turbina WELLS es altamente eficente porqué la fuerza que la impulsa incide sobre los extremos de las paletas que a su vez están situados en el lugar más lejano y exterior respecto del eje, lo que maximiza el brazo de palanca.
PRINCIPIOS.- 1.- "Principio BETO": El peso del aire incide sobre el peso de todos los cuerpos: Claro, no importa cuál es el peso del aire, si tomamos como ejemplo una palanca, en uno de los extremos de la palanca se halla un cuerpo cuyo peso es "p" y en el otro extremo otro cuerpo cuyo peso es "p1" ; sí el peso del aire incide sobre "p" y "p1" no imprta cual sea el peso del aire, cuando "p1" es mayor que "p" entonces "p1" que incluye el peso del aire desplaza a "p" y al peso del aire que incide sobre "p". Por lo tanto se cumple con la ley de conservación de la energía. 2.- Arquímedes: "Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja" Este es el caso si el pistón en forma de cilindro es empujado hacia arriba por una corriente de agua. 3.- Aceleración de la gravedad. La aceleración es de 9.81 m/seg2. Cuando un cuerpo cae verticalmente en el primer segundo se desplaza a una velocidad de 9.81 metros por segundo. El pistón cuando es empujado hacia arriba, obliga al contrapeso a bajar a la velocidad de caída libre vertical.
RESUMEN Y CONCLUSION.- Por lo tanto, para empujar un pistón contrapesado hacia arriba en una cámara cerrada herméticamente que contiene una sola salida donde está ubicada una turbina Wells sólo se requiere de un mínimo de fuerza, porqué el peso del aire está incluído en el peso del pistón. Este mínimo de fuerza debe superar el diferencial del contrapeso. Si el contrapeso es igual o inferior a un kilogramo, entonces, se requiere cuando menos de dos kilogramos de fuerza para impulsar el pistón hacia arriba. Una vez que el pistón fue desplazado hacia arriba el máximo posible, esto es, su "carrera" cesa la fuerza que lo impulsó y el pistón desciende porqué su peso supera al del contrapeso en un kilogramo. Hecho esto, el pistón logró desplazar una masa de aire que es equivalente a su área multiplicada por su altura o "carrera". Esta masa de aire fue impulsada a una velocidad levemente inferior a 9.81 metros por segundo cumpliéndose así con el requisito para mover la turbina, una vez que el pistón desciende, produce un vacío que instantáneamente es llenado por el aire que reingresa del exterior completando así el ciclo de generación de energía. Modos de impulsar el pistón: a) por medio de una palanca y de forma manual. b) corriente de agua de mar. el agua de mar de la ola fluye hacia arriba en la costa donde se instala una poza cuyo fondo está sobre el nivel del mar. Cuando la ola de baja altura llega a la poza la inunda y por el principio de arquímedes, el pistón es empujado hacia arriba, cuando la ola se retira el psitón cae. c)Una corriente de río o arroyo o acequia mueve lentamente una rueda de aspas que alternativamente golpean un extremo de la palanca que impulsa el pistón. d)Una corriente de aire impulsa un molino que a su vez transmite movimiento a una rueda de aspas situada sobre el suelo que a su vez impulsa la palanca. e)Sistema OWC o columna de agua oscilante. El agua de la ola penetra en un tubo y desplaza una masa de aire. Esta masa de aire es conducida por el tubo que en forma de VENTURI llega hasta la parte inferior del pistón, cuando el aire comprimido lo impacta lo impulsa hacia arriba. e) la palanca puede ser impulsada por un mecanismo de relojería que lentamente libere energía de un peso al caer.
APLICACIONES Y USOS.- Un generador de éstas características, es especialmente útil en instalaciones subterráneas, en condiciones inhóspitas como desiertos porqué requiere un mínimo de energía para trabajar, en condiciones de guerra para alimentar equipos electrónicos no produce calor, en lugares remotos como playas donde las olas son pequeñas y cerca de arroyos. En refugios y zonas de catástrofe porqué provee energía inmediata.
Lima, 31 de Diciembre de 2011
Jorge Egúsquiza Loayza
PRINCIPIOS.- 1.- "Principio BETO": El peso del aire incide sobre el peso de todos los cuerpos: Claro, no importa cuál es el peso del aire, si tomamos como ejemplo una palanca, en uno de los extremos de la palanca se halla un cuerpo cuyo peso es "p" y en el otro extremo otro cuerpo cuyo peso es "p1" ; sí el peso del aire incide sobre "p" y "p1" no imprta cual sea el peso del aire, cuando "p1" es mayor que "p" entonces "p1" que incluye el peso del aire desplaza a "p" y al peso del aire que incide sobre "p". Por lo tanto se cumple con la ley de conservación de la energía. 2.- Arquímedes: "Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja" Este es el caso si el pistón en forma de cilindro es empujado hacia arriba por una corriente de agua. 3.- Aceleración de la gravedad. La aceleración es de 9.81 m/seg2. Cuando un cuerpo cae verticalmente en el primer segundo se desplaza a una velocidad de 9.81 metros por segundo. El pistón cuando es empujado hacia arriba, obliga al contrapeso a bajar a la velocidad de caída libre vertical.
RESUMEN Y CONCLUSION.- Por lo tanto, para empujar un pistón contrapesado hacia arriba en una cámara cerrada herméticamente que contiene una sola salida donde está ubicada una turbina Wells sólo se requiere de un mínimo de fuerza, porqué el peso del aire está incluído en el peso del pistón. Este mínimo de fuerza debe superar el diferencial del contrapeso. Si el contrapeso es igual o inferior a un kilogramo, entonces, se requiere cuando menos de dos kilogramos de fuerza para impulsar el pistón hacia arriba. Una vez que el pistón fue desplazado hacia arriba el máximo posible, esto es, su "carrera" cesa la fuerza que lo impulsó y el pistón desciende porqué su peso supera al del contrapeso en un kilogramo. Hecho esto, el pistón logró desplazar una masa de aire que es equivalente a su área multiplicada por su altura o "carrera". Esta masa de aire fue impulsada a una velocidad levemente inferior a 9.81 metros por segundo cumpliéndose así con el requisito para mover la turbina, una vez que el pistón desciende, produce un vacío que instantáneamente es llenado por el aire que reingresa del exterior completando así el ciclo de generación de energía. Modos de impulsar el pistón: a) por medio de una palanca y de forma manual. b) corriente de agua de mar. el agua de mar de la ola fluye hacia arriba en la costa donde se instala una poza cuyo fondo está sobre el nivel del mar. Cuando la ola de baja altura llega a la poza la inunda y por el principio de arquímedes, el pistón es empujado hacia arriba, cuando la ola se retira el psitón cae. c)Una corriente de río o arroyo o acequia mueve lentamente una rueda de aspas que alternativamente golpean un extremo de la palanca que impulsa el pistón. d)Una corriente de aire impulsa un molino que a su vez transmite movimiento a una rueda de aspas situada sobre el suelo que a su vez impulsa la palanca. e)Sistema OWC o columna de agua oscilante. El agua de la ola penetra en un tubo y desplaza una masa de aire. Esta masa de aire es conducida por el tubo que en forma de VENTURI llega hasta la parte inferior del pistón, cuando el aire comprimido lo impacta lo impulsa hacia arriba. e) la palanca puede ser impulsada por un mecanismo de relojería que lentamente libere energía de un peso al caer.
APLICACIONES Y USOS.- Un generador de éstas características, es especialmente útil en instalaciones subterráneas, en condiciones inhóspitas como desiertos porqué requiere un mínimo de energía para trabajar, en condiciones de guerra para alimentar equipos electrónicos no produce calor, en lugares remotos como playas donde las olas son pequeñas y cerca de arroyos. En refugios y zonas de catástrofe porqué provee energía inmediata.
Lima, 31 de Diciembre de 2011
Jorge Egúsquiza Loayza
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