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giovedì 9 aprile 2020

Tornado Engineering - Energia verde o arma meteorologica?



Tornado Engineering - Energia verde o arma meteorologica?


I progressi nell'energia verde garantiranno il nostro controllo militare su una delle armi più temibili della natura?



Di James Franklin Lee Jr.
Tornado Engineering, davvero? Fatto. Gli uomini che emulano Zeus cercano di sfruttare il potere delle turbine e creare fulmini artificiali. I progressi nell'energia verde garantiranno il nostro controllo militare su una delle armi più temibili della natura?

SOLAR VORTEX http://www.newscientist.com/article/mg21729075.400-reap-the-whirlwind-for-cheap-renewable-power.html Raccogli il turbine di Hal Hodson / 07 marzo 2013

I turbine sono associati alla distruzione, non all'energia sostenibile. Ora sembra che possiamo sfruttare il loro potere per generare elettricità rinnovabile. Il sistema Solar Vortex nasce da un'idea di Mark Simpson e Ari Glezer presso il Georgia Institute of Technology di Atlanta. Si basa sulla differenza di temperatura tra l'aria calda vicino al suolo e l'aria più fresca a circa un metro di distanza. Quando l'aria calda sale e l'aria fredda scende, si formano correnti di convezione tra questi strati, che portano a piccoli vortici o diavoli di polvere.




Solar Vortex canalizza queste correnti con una serie di pale o palette fisse. Incanalano il flusso d'aria in un vortice, che trasforma una turbina al centro del dispositivo. Non è necessaria alcuna energia per dare il via al processo in quanto la posizione delle palette aiuta il vortice ad avviarsi spontaneamente. Mentre l'aria calda sale, più aria si precipita dentro, alimentando il vortice artificiale. I costi di manutenzione e installazione sono molto più bassi rispetto a quelli di un parco eolico convenzionale perché non è necessario posizionare le turbine sulle torri alte per catturare il vento. Poiché la temperatura del suolo varia lentamente durante il giorno, anche la produzione di energia del sistema è più costante e rimane stabile per alcune ore dopo il tramonto, quando la domanda dei consumatori è spesso più alta.

Glezer ebbe l'idea dopo aver vissuto in Arizona. "Aveva sperimentato i diavoli della polvere presenti in natura e l'energia cinetica che contengono, e voleva creare un metodo per estrarre quel potere", afferma Simpson. Simpson ha testato una piccola versione da 1 metro del vortice che spinge una turbina a creare alcuni watt di potenza utilizzando nient'altro che una lamiera calda e calda. Tuttavia, la potenza aumenta rapidamente all'aumentare del diametro della turbina. Simpson calcola che una turbina da 10 metri produrrà 50 kilowatt di potenza usando lo stesso metodo. Il team afferma che una serie di queste turbine a vortice potrebbe produrre 16 megawatt per ogni chilometro quadrato che percorrono. Ciò non è male se si considera che le turbine eoliche convenzionali producono solo 3 e 6 megawatt per chilometro quadrato. In effetti, il team stima che l'elettricità prodotta da un Vortice solare sarà del 20% più economica dell'energia prodotta dalle turbine eoliche e del 65% più economica dell'energia solare.

Il negozio start-up per l'energia pulita del governo degli Stati Uniti è convinto: la Advanced Energy Projects Agency (ARPA-E) ha annunciato la sua decisione di finanziare alcuni studi su larga scala la scorsa settimana. Simpson dovrebbe presentare un documento a luglio in cui espone in dettaglio i processi alla conferenza internazionale ASME sulla sostenibilità energetica a Minneapolis, Minnesota. Lavorando con ARPA-E, Simpson e Glezer prevedono di far funzionare il loro modello da 50 kW entro due anni, con test su modelli intermedi previsti per luglio. "La scienza è solida", afferma Nilton Renno, che ricerca termodinamica all'Università del Michigan. "Una volta indotta la circolazione nelle vicinanze, il vortice può essere autosufficiente." Steven Chu, il segretario energetico in uscita, è interessato; ha visitato brevemente la squadra alla conferenza ARPA-E di Washington DC la scorsa settimana. "Vorremmo iniziare con la costruzione di una fattoria su piccola scala di queste cose", afferma Simpson. "A quel punto iniziamo a produrre energia reale, e possiamo iniziare a vendere parte di quell'energia e convincere le persone del nostro sistema."
Dust Devils Power Energy Machine di Eric Niiler / 28 febbraio 2013

 
I diavoli della polvere sono micro-tornado vorticosi che compaiono regolarmente in climi secchi e caldi o durante l'estate. I ricercatori affermano di aver capito come domare i piccoli twister ed estrarre la loro energia usando una pala rotante. Un team della Georgia Tech ha realizzato un piccolo prototipo dimostrativo largo circa un metro. Sembra che l'interno di un rotore di un motore aeronautico sia girato su un lato. L'aria calda entra attraverso una serie di palette che costringono l'aria galleggiante riscaldata a terra a ruotare mentre sale. Questa rotazione crea un potente vortice, o "diavolo di polvere", secondo Ari Glezer, il principale investigatore e professore di ingegneria meccanica presso la Georgia Tech. Quando la colonna d'aria sale, attira più aria calda per andare avanti. Ecco un video di un diavolo della polvere creato in laboratorio. E la cosa vera in un campo da baseball in Indiana. "Attiviamo artificialmente un vortice", ha detto Glezer. "L'idea è in definitiva collegarla alla rete elettrica."





Recentemente il progetto di Glezer ha ricevuto $ 3,7 milioni dall'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento dell'energia - Energia (ARPA-E). Il Vortice solare si adatta agli obiettivi di ARPA-E per trovare progetti ad alto rischio e ad alto rendimento, secondo il direttore del programma Bryan Willson. "Fa parte della nostra missione cercare tecnologie energetiche dirompenti che sono generalmente in fase iniziale e rischi più elevati rispetto ad altre agenzie o entità commerciali", ha affermato Willson. "Devono anche essere basati sulla scienza del suono." Glezer ha affermato che se il Vortice solare avrà successo, costerebbe il 25 percento in meno rispetto alla tradizionale generazione di energia eolica e il 60 percento in meno rispetto ai pannelli solari. Questo perché il vortice viene generato con o senza venti prevalenti più in alto nell'atmosfera. L'altra cosa bella è che le turbine sono basse a terra e non bloccano la vista dei vicini, qualcosa che ha ostacolato i progetti eolici in diverse parti del paese. Glezer afferma di immaginare una serie di turbine quadrate di un chilometro alte sei piedi e larghe 30 piedi. Crede che possano essere particolarmente utili durante l'estate, quando la domanda di picchi di elettricità. Li vede anche seduti sui tetti di edifici per uffici e fabbriche dove c'è un sacco di calore disperso che fuoriesce nell'aria. Nessuno ha mai sfruttato i diavoli della polvere prima, e Willson ha detto che alcuni dei suoi colleghi dirigenti del DOE avevano bisogno di un po 'di convincenza prima che l'agenzia accettasse di spendere soldi dei contribuenti su di esso. "È sicuramente una tecnologia non convenzionale", ha detto Willson. "Il che significa che abbiamo affrontato molti dibattiti interni all'ARPA-E per assicurarci che si trattasse di una tecnologia razionale, oltre ad essere semplicemente cool e innovativa."



Giunto alla sua quarta edizione, il vertice dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata-energia (ARPA-E) non manca mai di mettere in evidenza le idee più all'avanguardia nel campo delle energie rinnovabili. La conferenza di questa settimana a Washington DC non fa eccezione. Oggi ho camminato per il piano espositivo e ho incontrato alcuni nuovi concetti sexy sull'energia solare. Il Vortice Solare prende in prestito la sua ispirazione dai diavoli della polvere, quei minuscoli colpi di terra eccitata che a volte sorgono nei tratti polverosi e asciutti del sud-ovest degli Stati Uniti. Ciò che fa andare avanti un diavolo di polvere è la differenza di temperatura tra il terreno rovente e l'aria un po 'più fresca sopra. L'aria calda sale, si contorce e provoca un momentaneo tornado di polvere. Georgia Tech è il leader di un consorzio che mira a catturare questa energia di polvere-diavolo all'interno di un cilindro tozzo. Il concetto è semplice: il cilindro si trova su una superficie scura che assorbe molto calore. Le "pareti", per così dire, sono palette inclinate che prendono l'aria calda che sale da quella superficie calda e la trasformano in un vortice. Nella parte superiore, una serie di pale del ventilatore si trova sul percorso dell'aria che sale. Le pale del ventilatore ruotano, attivando un generatore che crea elettricità. Il video qui sotto è un modello in miniatura del Vortice solare sul piano espositivo. Il cilindro si trova su un piatto che è, come un pavimento caldo, quasi troppo caldo per essere toccato, circa 47 gradi Celsius (116 gradi Fahrenheit). Il movimento che vedi nella lama proviene esclusivamente dalla forza dell'aria in movimento.

Georgia Tech ha già ottenuto i diritti per utilizzare un sito a Mesa, in Arizona - molto caldo lì - e sta lavorando per costruire un modello su scala commerciale da 50 kilowatt. I negoziati finali con ARPA-E sono in corso per una fase intermedia: una versione da 10 kilowatt entro il 2015. Arne Pearlstein, un professore di ingegneria meccanica che è un collaboratore, mi disse che la versione su scala commerciale poteva essere larga 10 metri ma alta solo due o tre metri e che le unità si sarebbero sedute a circa 55 metri di distanza. Queste macchine tozze potrebbero portare energia rinnovabile nelle regioni bombardate dal calore ma che non hanno molto vento. (Sebbene le raffiche di vento servano solo a far girare la turbina più velocemente, Pearlstein ha detto.) Pearlstein ha stimato che il Vortice solare potrebbe produrre elettricità del 20 percento in meno rispetto alle turbine eoliche e del 65 percento in meno rispetto ai pannelli solari fotovoltaici. Una forma di risparmio deriva dalla sua manutenzione potenzialmente semplice. "Stai parlando di qualcuno che si alza su una scala a pioli invece di salire a centinaia di metri in una turbina eolica per affrontare un cambio", ha detto Pearlstein.





La società AVEtec dell'ingegnere elettrotecnico e imprenditore Louis Michaud ha ricevuto finanziamenti dal programma Breakout Labs del cofondatore di PayPal Peter Thiel per la costruzione di un motore sperimentale di atmosfera a vortice (AVE). I $ 300.000 in fondi di startup sono destinati alla costruzione di un motore funzionante per dissipare o dimostrare la fattibilità dell'utilizzo di tale tecnologia per produrre elettricità praticamente senza emissioni di anidride carbonica. L'idea di Michaud è quella di utilizzare un ventilatore per soffiare un po 'del calore in eccesso prodotto dalle centrali elettriche convenzionali, in una torre cava cilindrica, ad angolo. Ciò dovrebbe creare una corrente d'aria circolare, che secondo lui diventerà più forte man mano che si sposta verso l'alto. Più va alto più energia consuma a causa delle differenze di temperatura. Il risultato sarebbe un tornado artificiale controllato. Per dirla a un buon utente, le turbine verrebbero installate alla base del vortice per creare elettricità. Il test originale sarà condotto al Lambton College in Ontario - la torre sarà alta 131 piedi con un diametro di 26 piedi. Questo dovrebbe essere sufficiente per creare un vortice di circa un piede di diametro - abbastanza per alimentare una piccola turbina. È solo una prova del concetto, osserva Michaud sul suo sito, una torre del mondo reale avrebbe un diametro di circa 25 metri e sarebbe in grado di produrre fino a 200 megawatt di potenza usando solo il calore in eccesso generato da un convenzionale impianto da 500 megawatt . La potenza aumenta geometricamente, dice, con l'aumentare delle dimensioni della torre. Aggiunge che il costo per produrre elettricità in questo modo sarebbe di circa 3 centesimi per chilowattora, ben al di sotto dei tipici 4 o 5 centesimi per le centrali a carbone. Michaud ha studiato l'idea di sfruttare il potere del tornado per fornire elettricità per diversi decenni, ma fino ad ora ha avuto problemi presi sul serio dai venture capitalist. Aggiunge che la sua azienda ha costruito e testato con successo un prototipo AVE nel 2009, suggerendo che non ha dubbi sul fatto che la nuova torre e le turbine funzioneranno come pubblicizzato. Per coloro che sono preoccupati che un tornado creato dall'uomo possa sfuggire di mano, sfuggire al suo recinto e provocare il caos nella comunità vicina, Michaud dice che non può accadere perché tutto ciò che sarebbe necessario per fermare l'intero processo sarebbe spegnere il ventilatore che alimenta il vortice dell'aria calda.

L'inventore Louis Michaud osserva come un vortice simile a un tornado si alza da un piccolo "motore a vortice" nel garage della sua casa di Sarnia a maggio. Michaud ritiene che un motore a vortice su vasta scala potrebbe essere utilizzato per produrre energia pulita per 200.000 case.


LA POTENZA DEL TORNADO

http://www.thestar.com/article/238291
Addomesticare i tornado per alimentare le città

"I motori a vortice" alimentati dall'acqua calda proveniente da una centrale elettrica vicina potrebbero far girare le turbine, dice l'ingegnere Tyler Hamilton / 21 lug 2007 Un cilindro di legno dall'aspetto curioso con un'apertura rotonda nella parte superiore e un piccolo elemento riscaldante nella parte inferiore si trova a Louis Il garage di Michaud, le biciclette sospese sopra la testa e un banco da lavoro premuto contro il muro. L'ingegnere di raffineria in pensione raccoglie una torcia a propano, la abbassa nell'apertura e accende un minuscolo pezzo di salnitro. Si sente un forte frizzante e un fumo denso inizia a sollevarsi dal centro. Dapprima il fumo non ha forma, ma presto si trasforma in un vortice ben definito - quello che, su scala più grande, si potrebbe chiamare un tornado. “L'aria viene aspirata da sola. Non ci sono fan o altro", afferma Michaud, spiegando la fisica della convezione e come l'aria che sale si comporta come una trottola. "Questo è ciò che accade nell'atmosfera. L'aria viene riscaldata sul fondo dal sole e poi sale, si raffredda e scende di nuovo." Può sembrare un hobby - un esperimento di scienze della casa pensato per occupare il tempo durante la pensione - ma questo 66enne non sta solo armeggiando. Michaud ha trascorso gli ultimi 40 anni a studiare tornado ed uragani ed è convinto che sia possibile progettare e controllare potenti turbine su larga scala e sfruttare la loro energia per produrre elettricità priva di emissioni. Dimentica i parchi eolici e il loro funzionamento intermittente: il futuro della generazione di elettricità potrebbe essere il tornado power on demand. Michaud ha adattato questo processo per creare quello che chiama un motore a vortice e ha brevettato l'invenzione sia in Canada che negli Stati Uniti. Di recente ha costituito una società chiamata AVEtec Energy Corp. con l'obiettivo di trasformare questo approccio non convenzionale - e per molti, impensabile - alla generazione di elettricità in una realtà commerciale.

La sua sfida ora è persuadere i venture capitalist, i dirigenti energetici e almeno una comunità a sostenere la costruzione di un motore a vortice su larga scala, in grado di produrre una nuvola a imbuto piena di energia che si estende per chilometri nell'atmosfera e corre sul calore residuo, idealmente da una centrale elettrica. "Sto parlando di un dispositivo da 200 megawatt, che avrebbe un diametro di 200 metri", afferma Michaud. È abbastanza elettricità per 200.000 case. "Il vortice sarebbe alto da uno a 20 chilometri e avrebbe 10 turbine (nella parte inferiore) ciascuna che produceva 20 megawatt." È un pensiero spaventoso e un'ottima base per la sceneggiatura di un film, che riunisce i temi della natura del film Twister e Jurassic Park. Si può immaginare il retro di questo caso di DVD: “Un mostro creato dall'uomo perde il controllo e salta fuori dalla sua penna, terrorizzando una comunità e aprendo un percorso attraverso dozzine di innocui parchi eolici e solari. Rated R." Michaud ammette che le idee relative alla modificazione meteorologica e al "seeding delle nuvole" sono in genere evitate dalla comunità scientifica e temute dal pubblico. "Le persone dicono che inizialmente è impossibile. E poi dicono, beh, se riesci a farlo, è troppo spaventoso: come hai intenzione di controllarlo? " lui dice. "Ma una volta dimostrato che puoi gestirlo in sicurezza in una posizione remota, allora potresti essere disposto a trovarne uno situato in una città." È critico nei confronti della stragrande maggioranza dei climatologi che si concentrano esclusivamente sulla previsione meteorologica, sostenendo che si tratta di uno spreco delle loro capacità e dei loro sforzi di ricerca. "Tendo a pensare che la previsione non sia il modo di comprendere le cose". Non è probabile che vedremo presto stazioni di generazione di tornado in funzione a Toronto, ma il motore a vortice di Michaud sta attirando l'attenzione e ha già attirato alcuni finanziamenti per la ricerca dai Centri di eccellenza dell'Ontario.

Il laboratorio della galleria del vento dell'Università dell'Ontario Occidentale, attraverso un investimento di semi del Center for Energy dell'OCE, sta studiando le dinamiche di una versione di un metro del motore a vortice di Michaud - come quella nel suo garage. Il laboratorio sta inoltre conducendo simulazioni al computer per esaminare l'impatto dei venti trasversali su un modello di 20 metri. "Quando l'idea è stata presentata per la prima volta eravamo come tornado legati," hmmm ... Ma abbiamo esaminato il brevetto e abbiamo pensato che meritasse ulteriori studi", afferma Nicole Geneau, responsabile dello sviluppo aziendale presso il Center for Energy dell'OCE. “Abbiamo una lunga storia di raccolta di cose che sembrano idee folli e almeno di dare loro una possibilità. Non dovremmo ostacolarci a causa di preconcetti preconcetti." Anche Rick Whittaker, vicepresidente degli investimenti in Sustainable Development Technology Canada, che finanzia progetti dimostrativi di tecnologia pulita, mantiene una mentalità aperta. "Non stanno violando le leggi della fisica. La domanda non è se questa strana idea funzionerà o meno, dipende dal grado in cui sarebbe più economicamente attraente dell'alternativa. Questo è il tipo di idea che effettivamente cerchiamo." Il prossimo passo è costruire e studiare le prestazioni di un modello di quattro metri, che richiede un'ulteriore iniezione di fondi OCE di circa $ 300.000. Il piano sarebbe di espandersi da lì, passando a impianti pilota da 10 metri, 20 metri e 50 metri, probabilmente richiedendo milioni di dollari in finanziamenti pubblici e privati. Su scala commerciale, l'impianto richiederebbe un host di calore, come una centrale elettrica, in grado di fornire al motore a vortice una fornitura costante di "combustibile" ad acqua calda.

 Ecco come funziona: il calore di scarto, un sottoprodotto di qualsiasi combustibile fossile o operazione di centrale nucleare che viene in genere scaricato nell'aria attraverso torri di raffreddamento, viene trasportato da un tubo dell'acqua a una struttura di motore a vortice nelle vicinanze. L'acqua calda entra in un certo numero di celle di raffreddamento disposte intorno alla struttura in cui i ventilatori spingono aria secca attraverso tubi caldi. L'aria raccoglie il calore ed entra nel vortice attraverso 10 o più condotti angolati, facendo roteare l'aria all'interno. L'aria riscaldata inizia a sollevarsi con un movimento rotatorio, raccogliendo l'energia più alta diventa e crea un vortice. Man mano che il vortice raccoglie slancio, inizia a aspirare aria attraverso le celle di raffreddamento, a quel punto i ventilatori che inizialmente spingevano l'aria ora funzionano come turbine che generano elettricità. Finché il calore è disponibile, il vortice continuerà a girare. Michaud ritiene che un impianto commerciale di diametro compreso tra 200 e 400 metri potrebbe generare 200 megawatt di potenza di carico di base ed essere realizzato per $ 60 milioni. Ma 20 milioni di dollari di questo, sottolinea, sarebbero compensati perché la centrale elettrica non avrebbe più bisogno di una torre di raffreddamento separata. Rispetto al nucleare, persino al carbone, è un vero affare. Michaud stima che uno dei suoi motori a vortice costerebbe meno di un quarto del costo di una centrale a carbone, e questo esclude i vantaggi della torre di raffreddamento e il fatto che non sono necessarie spese di carburante in corso per farlo funzionare. Nilton Renno, professore presso il dipartimento di scienze atmosferiche, oceaniche e spaziali dell'Università del Michigan, ha trascorso la sua carriera studiando tornado e beccucci d'acqua. Dice che non c'è motivo per cui il motore a vortice di Michaud non funzioni. "Il concetto è solido", afferma Renno. I migliori scienziati dell'atmosfera dell'Università di Oxford, dell'Università di Cambridge e del Massachusetts Institute of Technology hanno aderito al comitato consultivo di AVEtec. Il gruppo include il rispettato professore di meteorologia del MIT Kerry Emanuel, forse meglio conosciuto per aver stabilito un forte legame tra intensità dell'uragano e riscaldamento globale. Tuttavia, Renno non è senza riserve. È particolarmente preoccupato per la capacità di controllare un mostro così potente. "La quantità di energia coinvolta è enorme. Una volta avviato, potrebbe essere troppo difficile smettere", dice. Michaud sostiene che la potenza del motore a vortice potrebbe essere ridotta o spenta completamente, limitando la quantità di flusso d'aria nella base dell'imbuto. Respinge anche l'idea che il suo motore a vortice sarebbe rumoroso e minaccioso, sottolineando che i tornado fanno rumore e diventano più distruttivi mentre attirano detriti nei loro imbuti.

Il motore a vortice, al contrario, sarebbe rimasto fermo nella sua arena e aspirerebbe solo aria priva di detriti, rendendolo molto meno visibile di un tipico tornado. Renno non è convinto. Sottolinea che, man mano che il vortice cresce, sarebbe probabilmente in grado di aspirare aria ambiente calda da molti chilometri di distanza, creando la possibilità di accumulo di detriti e rendendone più difficile la gestione. Alla domanda se avrebbe accettato un motore a vortice nella propria comunità, Renno ha risposto: "No, non vicino a casa mia" - almeno non fino a quando il concetto non sarà dimostrato. Whittaker di Sustainable Development Technology Canada afferma che le dimostrazioni pubbliche saranno la chiave per ottenere l'accettazione. "Le percezioni sono create a causa della mancanza di informazioni". Michaud si rende conto che dovrà abbattere molte barriere mentali prima di spingere la sua idea oltre lo stadio della curiosità intellettuale. Non esclude l'avvio in piccolo, forse promuovendo la creazione di motori a vortice meno potenti come attrazioni turistiche che il pubblico può visitare, vedere e conoscere. "Stavo pensando che se avessimo uno di questi per produrre un tornado alto 200 metri, le prime persone a comprarne uno sarebbero Disneyland." Se la gente lo accetta, il potenziale è illimitato. Dice che lungo la strada, centinaia di motori a vortice potrebbero trovarsi nell'oceano lungo l'equatore, dove l'acqua calda tropicale fornirebbe una fonte infinita di energia. Perché qualcuno dovrebbe fare una cosa del genere? Per raffreddare il pianeta, dice Michaud. I gas serra nell'atmosfera sono ciò che impedisce al calore del sole di irradiarsi nello spazio, spiega. Una serie di tornado controllati lungo l'equatore porterebbe quel calore verso i bordi esterni dell'atmosfera, dove potrebbe più facilmente sfuggire. In altre parole, Michaud crede che i tornado artificiali potrebbero funzionare come sistemi di scarico per il pianeta, un enorme condizionatore d'aria che potrebbe aiutare a gestire il riscaldamento globale. C'è semplicemente troppo in gioco per ignorare questo potenziale, dice. “Potrei lavorare come consulente e ottenere più soldi per lo sforzo, ma questo è qualcosa che mi piace fare. Se ti rendi conto che c'è un potenziale lì e nessuno sta facendo nulla al riguardo, non penso che sarebbe giusto per me dire, okay, nessuno sta ascoltando, peccato. " Qualunque sia il risultato, i quattro nipoti di Michaud, dai 4 agli 8 anni, sono fedeli sostenitori del suo lavoro. Ogni volta che visitano, le prime parole che escono di bocca, dice Michaud, sono: "Nonno, puoi mostrarci di nuovo il vortice?" E sua moglie? "Lo è stata abbastanza paziente."

CONTATTO Louis Michaud lmichaud [at] vortexengine [dot] ca




Panoramica 

L'energia meccanica viene prodotta quando il calore viene trasportato verso l'alto per convezione nell'atmosfera. Viene proposto un processo per produrre un vortice simile a un tornado e concentrare l'energia meccanica dove può essere catturato. L'esistenza di tornado dimostra che la radiazione solare a bassa intensità può produrre energia meccanica concentrata. Dovrebbe essere possibile controllare un processo naturale. Il controllo della produzione di energia meccanica nell'atmosfera offre la possibilità di sfruttare l'energia solare senza utilizzare collettori solari. Il motore atmosferico a vortice (AVE) è un processo per catturare l'energia prodotta quando il calore viene trasportato verso l'alto dalla convezione nell'atmosfera. Il processo è protetto da domande di brevetto e potrebbe diventare un'importante fonte di energia elettrica. Il costo unitario dell'energia elettrica prodotta con un AVE potrebbe essere la metà del costo della prossima alternativa più economica.

Un motore a vortice è costituito da una parete cilindrica aperta nella parte superiore e con entrate d'aria tangenziali attorno alla base. Il riscaldamento dell'aria all'interno della parete mediante una fonte di calore temporanea come il vapore avvia il vortice. Il calore richiesto per sostenere il vortice una volta stabilito può essere il contenuto di calore naturale dell'aria calda umida o può essere fornito in torri di raffreddamento situate all'esterno della parete cilindrica e a monte dei deflettori. La fonte di calore continua per lo scambiatore di calore periferico può essere il calore industriale di scarto o l'acqua di mare calda. La limitazione del flusso d'aria a monte dei deflettori regola l'intensità del vortice. Il vortice può essere arrestato limitando il flusso d'aria ai deflettori con orientamento diretto e aprendo il flusso d'aria ai deflettori con orientamento inverso. L'energia elettrica viene prodotta in turboespansori situati a monte delle prese d'aria tangenziali. La pressione alla base del vortice è inferiore alla pressione ambientale a causa della densità dell'aria che sale è inferiore alla densità dell'aria ambiente allo stesso livello. La pressione di uscita dei turboespansori è sub-atmosferica perché si esaurisce nel vortice.

 Il motore a vortice atmosferico ha le stesse basi termodinamiche del camino solare. Il tubo fisico del camino solare viene sostituito dalla forza centrifuga nel vortice e lo strato limite atmosferico funge da collettore solare. L'AVE non ha bisogno né del collettore né del camino alto. L'efficienza del camino solare è proporzionale alla sua altezza, che è limitata da considerazioni pratiche, ma un vortice può estendersi molto più in alto di un camino fisico. La parete cilindrica potrebbe avere un diametro di 200 me un'altezza di 100 m; il vortice potrebbe avere 50 m di diametro alla base e estendersi fino alla tropopausa. Ogni AVE potrebbe generare da 50 a 500 MW di energia elettrica. Il flusso di calore convettivo verso l'alto medio nell'atmosfera inferiore è di 150 W/m2, un sesto di questo calore può essere convertito in lavoro mentre viene portato verso l'alto per convezione. L'efficienza di conversione da calore a lavoro del processo è di circa il 15% perché il calore viene ricevuto a una temperatura media di 15 C e ceduto a una temperatura media di -15 C. Il lavoro medio che potrebbe essere prodotto nell'atmosfera è quindi 25 W/m2. L'energia meccanica totale prodotta nell'atmosfera è di 12000 TW (25 W/m2 x 510 x 1012 m2) mentre il lavoro totale prodotto dall'uomo è di 2 TW. La quantità di energia meccanica che potrebbe essere prodotta nell'atmosfera è 6000 volte maggiore dell'energia meccanica prodotta dall'uomo. La base termodinamica dell'AVE è coerente con la comprensione attualmente accettata di come l'energia viene prodotta nell'atmosfera. Gli scienziati dell'atmosfera chiamano l'energia meccanica che verrebbe prodotta se una massa d'aria unitaria fosse sollevata in modo reversibile dal fondo alla cima della troposfera Convective Available Potential Energy (CAPE). Il CAPE durante i periodi di insolazione o convezione attiva è in genere di 1500 J/kg, pari all'energia meccanica prodotta abbassando un chilogrammo di acqua di 150 m. Il vortice trasferirebbe l'energia meccanica sulla superficie terrestre dove sarebbe catturata.

La produzione e l'acquisizione del lavoro richiedono che il processo di espansione sia eseguito ad equilibrio meccanico. Senza un meccanismo come un turboespansore, l'energia meccanica ritorna al calore e si perde. Il lavoro viene prodotto quando un gas viene espanso in una turbina; tuttavia, non viene prodotto alcun lavoro quando un gas viene espanso attraverso una restrizione. Ci deve essere un espansore con un albero per ottenere il lavoro dal sistema. Il design della stazione AVE obbliga l'espansione a un equilibrio meccanico e in una posizione specifica. La quantità di energia che potrebbe essere prodotta dal processo AVE è di gran lunga maggiore rispetto all'energia cinetica dei venti orizzontali catturati dalle turbine eoliche convenzionali ad asse orizzontale. Il processo AVE può fornire grandi quantità di energia rinnovabile, alleviare il riscaldamento globale e contribuire a soddisfare i requisiti del protocollo di Kyoto. L'AVE ha anche il potenziale di fornire precipitazioni e energia. Vi è riluttanza a tentare di riprodurre un fenomeno distruttivo come un tornado, ma i tornado controllati potrebbero ridurre i pericoli alleviando l'instabilità piuttosto che creare pericoli. Un piccolo tornado saldamente ancorato a una stazione fortemente costruita non sarebbe un pericolo. L'AVE potrebbe aumentare la potenza di una centrale termoelettrica del 30% convertendo il 20% del suo calore di scarto in lavoro. Si stima che sarebbe possibile stabilire un vortice autosufficiente per dimostrare la fattibilità del processo con una stazione di 30 m di diametro in condizioni ideali. Imparare a controllare grandi vortici in condizioni non ideali sarebbe una grande sfida ingegneristica. Lo sviluppo del processo richiederà determinazione, risorse ingegneristiche; e cooperazione tra ingegneri e scienziati dell'atmosfera. Ci saranno difficoltà da superare, ma non dovrebbero essere maggiori rispetto ad altre grandi imprese tecniche.

da http://spectrevision.net/2013/03/08/tornado-power/






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