DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece un motor de flotabilidad basado en la expansión que sufren unas bolsas llenas de un fluido al recibir el calor de un foco caliente y en la posterior contracción de dichas bolsas al pasar por una columna de agua fría, quedando dichas bolsas unidas a una cadena cerrada o en bucle y sometidas a un continuo desplazamiento por acción de la expansión y contracción de las bolsas cerradas llenas de un fluido.

Caracteriza a la presente invención el especial diseño y configuración de todas y cada una de las piezas la disposición particular de los elementos que la forman de manera que se consigue un motor capaz de aprovechar de modo eficiente fuentes de calor de bajo temperatura, además también permite poder aprovecharse en sentido contrario operando como bomba de calor.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los sistemas o medios que buscan aprovechar gradientes muy bajos de temperatura.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica existen numerosas patentes de motores de flotabilidad, pero la mayor parte de ellos funciona con el movimiento de las olas o las mareas o inyectando aire comprimido que entra en una cadena de cangilones o directamente tratan de crear móviles perpetuos que obtienen energía de la gravedad. Obviamente, todas las patentes que representan móviles perpetuos han sido abandonadas, y el resto son dispositivos que no están relacionados con la presente invención.

Es decir, casi ninguno es una máquina térmica. Algunos ejemplos de patentes publicadas relacionadas con motores de flotabilidad son:

• US5944480A - Motor de flotabilidad y gravitación

• US20060156718A1 - Motor de flotabilidad

• EP0931930A3 - Motor de flotabilidad

• US20080216472A1 - Aparato de motor de flotabilidad

• CN204961154U - Nuevo motor de flotabilidad de agua que ahorra energía

Por otro lado, los equipos diseñados para el aprovechamiento energético de fuentes de calor de baja temperatura no son muy eficientes, además no son reversibles y requieren válvulas, reguladores y complejas piezas, siendo equipos con vibraciones, inercias, con un desgaste y mantenimiento importante.

La principal diferencia con equipos con la misma finalidad es la capacidad de aprovechar de modo eficiente gradientes muy bajos de temperatura. Actualmente no hay sistemas que logren esto de modo eficaz.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un equipo que permite el aprovechamiento energético de fuente de calor con bajo gradiente, que además supere los anteriores inconvenientes, desarrollando un motor de flotabilidad como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la primera reivindicación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención un motor de flotabilidad caracterizado porque comprende un conducto que conforma un circuito cerrado que cuenta con al menos dos columnas separadas llenas de un fluido, una de ellas es una columna caliente por estar próxima a un foco caliente y otra de ellas es una columna fría por estar próxima a un foco frío, donde la columna de fluido caliente y la columna de fluido frío están separadas por una cavidad de aire presurizado dispuesta en cada extremo de cada columna. Por el interior del conducto que conforma el circuito cerrado discurre una cadena en circuito cerrado sobre la que están unidas una serie de bolsas estancas expandibles y contraíbles distribuidas de manera regular a lo largo de toda la longitud de la cadena y llenas de un fluido de tal modo que las bolsas sumergidas en la columna caliente se expanden debido a la ganancia de temperatura mientras que las bolsas sumergidas en la columna fría se contraen, lo que redunda en una diferencia de flotabilidad dentro de los ramales, lo que produce un movimiento obteniendo un empuje igual a la diferencia del peso del agua desplazada por el volumen de las bolsas o flotadores de cada columna. Además, el motor sigue un ciclo termodinámico similar al ciclo de Ericsson y que consta de los siguientes procesos:

-Expansión Isobárica.

-Expansión Isoterma.

-Compresión Isobárica.

-Compresión isoterma.

El calor ingresa al ciclo desde el foco caliente hacia la columna de fluido caliente y es expulsado al foco frío desde la columna de fluido frío.

Además, el motor puede incorporar un regenerador que toma parte del calor que iba destinado al foco frío y lo pasa al fluido que se dirige al foco caliente. Esto aumenta la eficiencia del sistema puesto que reduce el calor absorbido del foco caliente y el transmitido al foco frío sin reducir el trabajo obtenido. Este regenerador sería un intercambiador de calor en contracorriente entre las etapas de Compresión isobárica y Expansión isobárica. Si esta modificación se aplica, el calor solo ingresará al ciclo durante la expansión isoterma y el calor solo será expulsado durante la compresión isoterma, lo cual es óptimo desde el punto de vista termodinámico.

En una forma de realización preferente el fluido que hay dentro de las columnas caliente y fría es agua,

Por otro lado, el fluido que dentro de las bolsas cerradas expandióles y contraíbles llenas de un fluido es preferentemente aire o argón, aunque cabe la posibilidad de emplear un fluido capaz de evaporarse y condensarse en el rango de temperaturas en que se desea operar. Al hacer esto, obtenemos que los flotadores que se encuentran en el ramal caliente contendrán la sustancia en estado gaseoso y por tanto los flotadores estarán hinchados y ocupando un gran volumen. Por otra parte, los flotadores que se encuentren el ramal frío contendrán la sustancia en estado líquido por lo que estarán colapsados y ocuparán un volumen muy pequeño.

Este cambio implica que a igualdad de tamaño en el motor se obtendrá muchísima más potencia. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la eficiencia será menor que al utilizar un gas sin cambio de fase y además solo podrá utilizarse en el rango de temperaturas concreto en que la sustancia cambie de fase.

Será necesario seleccionar una sustancia que cambie de fase en el rango de temperaturas y presiones de cada diseño pero que absorba el mínimo calor posible durante su evaporación de modo que con la misma adición de calor se obtenga más trabajo.

Este diseño de motor tiene la ventaja principal de que es capaz de aprovechar de modo eficiente fuentes de calor de baja temperatura. Esta capacidad se debe a varios factores: • Al transmitirse el calor a través de las paredes de las bolsas o flotadores, el área de transferencia de calor que presenta el gas es muy grande y con muy poca resistencia térmica.

• Al desplazarse la cadena de flotadores relativamente lenta, los flotadores permanecen un tiempo largo en cada tramo por lo que tienen un tiempo suficiente para cada proceso termodinámico por lo que se consigue que se completen a pesar de los bajos gradientes.

• Este motor funciona a partir de calores muy bajos por lo que todas las pérdidas por la viscosidad del fluido en el tramo caliente y que disipan el trabajo en calor son mitigadas.

Otra ventaja es que es un ciclo reversible por lo que esta tecnología se puede utilizar para operar como bomba de calor.

Además, el motor no requiere válvulas ni reguladores o piezas complejas. Su funcionamiento es simple, sin vibraciones, ni ruido, ni inercias, con un desgaste y un mantenimiento mínimo al no haber prácticamente piezas móviles en contacto. Al no manejar altas temperaturas ni presiones ni altas velocidades, el desgaste y mantenimiento serían mínimos. Es seguro y no hay riesgo de explosión u accidente.

Solo utiliza materiales sencillos, baratos y abundantes por lo que es sostenible y no contaminante y al permitir utilizar calor de baja temperatura no requiere de combustiones.

La característica más novedosa es la utilización de flotadores estancos y columnas de agua en lugar de pistones deslizantes. Esto mejora mucho la transferencia de calor y hace que los procesos termodinámicos estén más cerca de ser cuasi estáticos.

Esta invención podría utilizarse como complemento a muchísimas industrias actuales de modo que mejorase su eficiencia energética de manera considerable. Todos aquellos que produzcan calores residuales considerables podrían obtener un plus de eficiencia.

En el caso de centrales térmicas esto es especialmente importante puesto que suelen desperdiciar un 60 o 70 % de la energía primaria disponible. En centrales nucleares donde no hay problemas de corrosión por enfriar los gases de escape o en centrales geotérmicas donde se manejan temperaturas bajas sería muy apropiado utilizar este motor.

También podría combinarse con colectores solares para producir trabajo a partir del calor del sol.

También se puede utilizar para funcionar juntamente con sistemas de refrigeración o aire acondicionado que suelen expulsar gran cantidad de aire moderadamente caliente de modo que se redujese el consumo de energía total de esas aplicaciones

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus vahantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

En la figura 1 , podemos observar una representación esquemática del motor de flotabilidad objeto de la invención.

En la figura 2, podemos observar el mismo motor provisto de un regenerador.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 podemos observar que el motor de flotabilidad objeto de la invención comprende un conducto (5) que conforma un circuito cerrado en el que se distingue una columna de fluido caliente o columna caliente (2) próxima a un foco caliente (1) y por otro lado una columna llena de un fluido frío o columna fría (4) próxima a un foco frío (3), quedando separadas una columna de la otra por una cavidad de aire presurizado (15) en cada extremo de cada columna, donde por el interior del conducto (5) discurre una cadena cerrada (6) a la que están unidas una serie de bolsas estancas (7) expandibles y comprensibles que están llenas de un fluido y donde las bolsas estancas están dispuestas a lo largo de toda la longitud de la cadena cerrada (6) preferentemente de forma regular.

Dentro del conducto (5) que conforma el circuito cerrado hay dispuestos una serie de piñones (14) o ruedas dentadas en las que engrana la cadena cerrada (6) en aquellos puntos donde se produce un cambio de dirección de la cadena cerrada (6). Los procesos térmicos que tienen lugar a lo largo del conducto (5) que conforma el circuito cerrado son:

- una expansión isobárica (8) que tiene lugar justo antes de la entrada a la columna caliente (2)

- una expansión isotérmica (9) que tiene lugar la columna caliente (2)

- una compresión isobárica (10) que tiene lugar a la saliente de la columna caliente (2)

- una compresión isotérmica (11) que tiene lugar en la columna fría (4) para comenzar a continuación de nuevo el ciclo térmico.

En la figura 2 se observa una realización complementaria de la invención en la que el motor incluye un regenerador (12) que consiste en un intercambiador de calor (13) en contracorriente entre las etapas de Comprensión isobárica y expansión isobárica donde se toma parte del calor que iba destinado al foco frío y lo pasa al fluido de que se dirige al foco caliente. Esto aumenta la eficiencia del sistema puesto que reduce el calor absorbido del foco caliente y el transmitido al foco frío sin reducir el trabajo obtenido.

El fluido empleado en las bolsas estancas (7) puede ser aire o argón, pero también cabe la posibilidad de que sea un fluido capaz de evaporarse o condensarse en el rango de temperaturas en que se desea operar.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.