MOTOR DE EMPUJE HIDROSTATICO o DE MOVIMIENTO PERPETUO

Este motor de empuje hidrostático requiere una provisión de  entre 30 y 40 % del trabajo que realiza (excepto en el caso que se comenta al final o cascada). Para el efecto usa la fuerza de empuje hidrostático para sostener un pistón, un peso o contrarrestar una fuerza. El pistón (en caso de usar pistón) se eleva porqué el nivel de agua sube y el pistón desciende porqué el nivel de agua baja. El artificio está dado porqué como el contenedor es estrecho se requiere de un volumen pequeño para que suba el nivel y este volumen representa un peso muy inferior al que desplaza el pistón.   El motor consta de los siguientes elementos:

1.- tubo contenedor o envase.- que contiene en su interior agua que provee la fuerza de empuje

2.- tubo flotador.- que sirve de base al pistón o peso o contrarresta la fuerza

3.- Bandeja superior de agua (o de cualquier otro fluido)

4.- Bandeja inferior de agua  ( o de cualquier otro fluido)

5.- Pistón o peso o base que contrarresta la fuerza.

6.- Orificio de entrada del agua 

7.- Orificio de salida del agua 

8.- Rebose

9.- guías

10.- válvulas y llaves

Los elementos 6, 7 y 8 se encuentran dispuestos en el tubo contenedor o envase. Frente al orificio de entrada del agua se encuentra el rebose. El orificio de salida del agua se encuentra mucho más abajo que el de entrada y la distancia entre ambos determina la carrera del pistón. Esta descripción no es limitativa en ningún caso. Puede proveerse de múltiples orificios de entrada y de salida y reboses y usarse o aplicar mangueras de conexión que garanticen un suministro rápido de agua y también un desague rápido de la misma.

Se entiende que la bandeja superior de agua suministra el agua que ingresa por el (los) orificio (s) de entrada y que las mangueras de conexión suplementarias van de la bandeja al tubo contenedor. Inversamente se debe entender que las mangueras de conexión suplementarias conectan el (los) orificio (s) de salida y rebose (s) con la bandeja inferior.

El elemento Pistón o Peso o base que contrarresta la fuerza deberá ser en lo posible de Acero de preferencia inoxidable. La razón es simple: el acero tiene una densidad de 7,8 y ocupa poco espacio.

Esta descripción tampoco es limitativa y pueden usarse toda clase de materiales, toda vez que el motor puede ser usado con provisión de energía externa, en cuyo caso y por no reunir las mayores exigencias técnicas (construcción rústica), los materiales serán los que hubiere a mano, luego pues,  se reduce la eficiencia (además es prescindible)  y en consecuencia el empuje efectivo es también menor.

El tubo contenedor necesariamente tiene un mayor diámetro que el tubo flotador, porqué de otro modo el tubo flotador chocará contra el tubo contenedor. Para tal efecto existen las guías que evitan que esto suceda. Las guías son anillos o fracciones de anillos  por donde discurre el tubo flotador y son tantas como necesarias.

Las válvulas en principio son dos y serán accionadas alternativamente por el tubo flotador (o el pistón o peso o base )  cuando este ascienda o descienda, sin embargo podrán ser tantas como necesarias o podrán ser simples llaves de paso accionadas, jaladas o empujadas por varillas o cuerdas o como determine el constructor.

Modo de funcionamiento: El líquido que proviene de la bandeja superior ingresa al tubo contenedor porqué abre (on) 6 y cierra (off) 7  y eleva el nivel de modo que el tubo flotador asciende  su carrera (h) cuando esto sucede, el tubo flotador acciona (cierra (off) 6 y abre (on) 7 ) el tubo flotador baja en consecuencia y reinicia el ciclo.

Como el diámetro del tubo contenedor es ligeramente superior al diámetro del tubo flotador, se requiere una cantidad de líquido (área del tubo contenedor x altura) mínima para elevar el nivel del líquido.

Potencia del motor.- La potencia del motor está determinada por la cantidad de kilos de peso  que desplace. Para maximizar la potencia el volumen del tubo flotador debe ser máximo y en consecuencia el volumen que desplaza. Como ejemplo podemos citar: Un tubo de 10 pulgadas de diámetro y de 100 centímetros de largo contenido en un envase de 12 pulgadas de diámetro y de mucha mayor longitud. En este caso tenemos (12.7 x 12.7 x 3.1416 x 100 cm.) un volumen de 50.67 litros o 50.67 kilos de fuerza de empuje lo que significa que este tubo flotador soporta fácilmente 40 kilos de peso o fuerza sin hundirse. Para elevar este peso digamos unos 20 centímetros de altura se requiere un volumen de ( 15.24 x 15.24 x 3.1416 x 20 cm.)  14.6 litros o 14.6 kilos. En consecuencia se requiere un trabajo de 14,6 kilos por 20 centímetros para hacer subir 40 kilos 20 centímetros de altura. lo que representa 36.5 %  Tenemos un sobrante de 63.5% para usar una bomba eléctrica y elevar el líquido la altura necesaria o podríamos usar alguna fibra para hacer que el líquido ascienda por capilaridad. En el caso de recipientes mayores como ser un tubo flotador (cilindro) de 30 pulgadas de diámetro y 100 centímetros de altura, éste desplaza 456.04 litros y requiere el tubo contenedor de 32 pulgadas de diámetro de 103.77 litros para elevarlo 20 centímetros. En este caso el ratio es 22,75% o poco más. Este tipo de mecanismos pueden ser usados aprovisionados por grandes embalses, embalses de marea alta.

El dibujo que aparece a continuación es puramente ilustrativo, no está hecho a escala y solo tiene como objetivo esbozar una idea general. Se recomienda usar acero para construir el motor, porqué el acero provee de dureza, resistencia y durabilidad. Para favorecer la lubricación en lugar de agua se puede usar cualquier líquido aceitoso, aunque en estos casos la fuerza de empuje será distinta. Este motor cuyo funcionamiento se puede comprobar fácilmente (una botella plástica dentro de un balde con agua, agregue un peso a la botella que flota y se hundirá ligeramente, luego agregue agua y la botella con el peso ascenderá, retire agua y la botella descenderá.) puede accionar un mecanismo de pedal similar al de las máquinas de afilar cuchillos de pedal y generar electricidad. Recomiendo usar electricidad de 12 voltios, porqué los elementos necesarios son baratos y se encuentran en todas partes. Por supuesto cuando se construye el aparato siempre una porción del tubo flotador excederá el nivel máximo del agua.

Consideraciones finales.- Para los cálculos de volumen no se ha considerado el espesor de las paredes del tubo flotador. Para efectos de peso se entiende que un litro de agua pesa un kilo. Una vez que se construye el aparato, si existiera alguna discrepancia de posición del tubo flotador respecto de los orificios o válvulas esto se corrige del siguiente modo: si el tubo flotador esta debajo del nivel de (7) agregue agua a (1) si es al revés retire agua, si hecho ésto existe diferencia respecto del nivel de (6) agregue lastre o retire peso si es posible. Si a pesar de ésto subsiste la discrepancia es preciso cambiar el tubo flotador, el contenedor o ambos.
No se ha precisado porcentajes de energía porqué estos difieren en función del tipo de mecanismos usados y de los dinamos o generadores y cables, transformadores o baterías a emplearse incluyendo el tipo de motores que accionen cuya eficiencia no puedo conocer.  Sin embargo los márgenes sobrantes exceden el 60% suficiente para compensar la mayoría de las pérdidas. En algunos casos será necesario usar de un cigueñal y la acción coordinada de por lo menos dos aparatos.
Para propósitos prácticos recomiendo que el tubo flotador empuje el extremo de una palanca cuyo peso lo hunde. Cuando el tubo flotador asciende, el otro extremo donde se produce la generación de energía baja y luego sucede lo inverso. Esto nos permite adaptar el funcionamiento del motor a cualquier tipo de sistema generador de energía, porqué por ensayo y error podemos modificar la potencia del motor o simplemente agregando o retirando lastre del extremo de la palanca que hunde al tubo flotador o en caso de no ser posible ésto agregar lastre al otro extremo aunque esto signifique obtener un menor rendimiento.

Caso de instalación en cascada.- Esto sucede cuando motores de la misma potencia son instalados en cascada (sucesivos niveles hacia abajo) de modo que el agua o fluido que debería ir hacia la bandeja inferior va en realidad hacia la bandeja superior del siguiente motor más abajo o directamente hacia el tubo contenedor del mismo y así sucesivamente. 

Jorge Egúsquiza Loayza

Lima - Perú,  diciembre 02 de 2013

jorge_egusquiza@hotmail.com

                                                                IR A MOTOR DE EMPUJE NKN

OWC HORIZONTAL - COLUMNA DE AGUA OSCILANTE HORIZONTAL

El sitema mas usado actualmente para obtener energía de las olas se denomina OWC o columna de agua oscilante. Para propósitos prácticos he denominado a este sitema de producción de energía basado en el movimiento de las olas como: OWC HORIZONTAL o COLUMNA DE AGUA OSCILANTE HORIZONTAL. El sistema OWC consiste en obtener energía de las olas mediante el desplazamiento de un volumen de aire por un volumen de agua, el aire así desplazado es conducido hacia una turbina WELLS que gira cuando este pasa por ella, cuando el volumen de agua se retira se genera un vacío que inmediatamente es llenado por aire, de este modo la turbina actúa dos veces, una cuando el aire sale y dos cuando el aire reingresa.

Sin embargo las construcciones, que pueden ser grandes cámaras semejantes a grutas naturales, estructuras situadas en el borde costero, o tubos por donde ingresa el volumen de agua, tienden a ser destruidas porque la fuerza del mar es variable y constante, de modo tal que en un plazo todas estas construcciones serán destruidas y si la construcción fuera lo bastante fuerte como para resistir todas las pruebas su costo será también enorme.

Las olas del mar tienen un movimiento ondulatorio como se muestra en el video y producen una oscilación sobre las embarcaciones. Cuando las olas son de baja intensidad este movimiento hace cabecear al bote. No importa cual sea la intensidad de las olas siempre se producirá un movimiento oscilatorio en el bote.

Para superar todos estos inconvenientes se requiere de un artificio, que no se oponga a la fuerza de las olas y que por el contrario se rinda a ellas. Esa estructura existe y se denomina bote, por lo tanto para diseñar el artificio se requiere de los siguientes elementos:

1.- Principio OWC o principio de la columna de agua oscilante

2.- Un tubo contenedor de agua

3.- Dos turbinas WELLS

4.- Un bote o una superficie sobre el mar que oscile por el movimiento de las olas

Como puede verse en el video, si tenemos un tubo que contiene agua en su interior, el volumen de agua toma su nivel, cuando un extremo del tubo tiende hacia arriba, el volumen de agua toma su nivel en la dirección contraria, esto produce un desplazamiento del volumen de agua hacia uno de los extremos del tubo e inversamente se aleja del otro extremo. Como consecuencia de este movimiento el volumen de agua al desplazarse dentro del tubo que lo contiene, también desplaza un volumen de aire hacia uno de los extremos del tubo y a la vez succiona una cantidad similar por el otro extremo. Este desplazamiento de un volumen de aire es el que moverá la turbina y generará energía y a la vez la succión de aire por el otro extremo produce el mismo efecto de generación de energía en la otra turbina.

Como a continuación se ve, el mismo tubo pero ahorcado en el centro o reducido su diámetro en el centro no impide que el volumen de agua se desplaze de un lado a otro, lo que significa que no se requiere de un tubo de gran diametro en toda su extensión. Debe tenerse en cuenta que el volumen de aire que se desplaza está en función del diámetro del tubo, lo que significa que a mayor diámetro del tubo, mayor es también el volumen de aire que se desplaza. A efectos de optimizar el rendimiento, el tubo luego de haber aumentado de diámetro puede reducirse nuevamente (VENTURI) para aumentar la velocidad del aire en la salida y de este modo producir un incremento de las revoluciones en la turbina, lo que siempre es deseable.

El dibujo del bote y el aparejo encima de él, es simplemente ilustrativo, el aparejo o artefacto o tubo puede formar parte del bote y puede usarse una combinación de tubos y contenedores no necesariamente cilíndricos, el objetivo fundamental es permitir que el volumen de agua contenido se desplaze libremente dentro del contenedor. No existen limitaciones de peso, pues los botes han sido diseñados para soportar cargas enormes, tampoco existen limitaciones en cuanto a la cantidad de tubos o aparejos que puedan instalarse. Existen en todos los puertos embarcaciones en desuso que pueden ser usadas inmediatamente para estos efectos. La electricidad producida en las trubinas puede ser conducida hacia la costa mediante cables. Se requiere sólo que el bote esté anclado y cuya proa este orientada hacia las olas, con el objeto de obtener la máxima eficiencia del sistema. Cada vez que el bote es elevado por las olas se produce una oscilación que obliga al volumen de agua a desplazarse.

Cuantificación de la energía. Elevar un peso de 100 kg cincuenta centimetros una vez por segundo durante un día equivale a 11.76 kwh, elevarlo entonces solo 10 centímetros equivale entonces a la quinta parte o 2.35 kwh. Por lo tanto una tonelada que se eleva 10 centimetros por segundo produce 23,5 kwh diariamente, pero como ese no será el caso pues las olas se suceden cada quince segundos, entonces produciremos solo 1.57 kwh por turbina, lo que nos da 3.14 kwh por tonelada cada 10 centimetros de oscilación. Este es el rendimiento mínimo posible. Ahora bien consideremos 1000 toneladas y cincuenta centímetros, esto significa 5000 (1000 veces mas peso x cinco veces mas altura) veces más y ya estamos hablando de energía comercial con una producción de 15,700 kwh diarios, suficiente para abstecer 3000 hogares. Este es el futuro.

Jorge Egúsquiza loayza

Lima-Perú

jorge-egusquiza@hotmail.com

Lima 15 de julio de 2012