Tecnologías para el futuro VI: turbinas que optimizan la conversión termoeléctrica

Actualmente, en las centrales térmicas de generación de electricidad (carbón, gas, derivados del petróleo, nucleares...) se usan turbinas de vapor de ciclo Rankine. El ciclo Rankine es un ciclo termodinámico cuyo objetivo es la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se llama un ciclo de potencia. Como todos los ciclos termodinámicos, su eficiencia está limitada por la eficiencia del ciclo de Carnot, el límite en cuanto a eficiencia que impone el Segundo Principio de la Termodinámica. El ciclo Rankine utiliza agua como fluido, aunque existen también los ciclos de Rankine con fluidos orgánicos. No es el motivo de la entrada, así que, para más información, visitad http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Rankine.

Esquema del ciclo Rankine

Ingenieros y científicos del Sandia National Laboratories han diseñado un nuevo sistema de turbinas, basado en el estudio del dióxido de carbono en estado supercrítico y en las turbinas de ciclo Brayton. Según numerosos especialistas, el dióxido de carbono supercrítico tiene un gran interés industrial para la generación de energía, tanto en fuentes renovables como no renovables. Se espera que se incremente la eficiencia alrededor de un 50% con respecto al ciclo Rankine, que además ocupa 30 veces más tamaño que las turbinas de ciclo Brayton y tiene unos índices de corrosión mucho más elevados.
El ciclo Brayton de generación de energía podría proporcionar 20MW de energía eléctrica en un espacio de sólamente cuatro metros cúbicos.

Fotografía de las instalaciones del Sandia National Laboratories, en Albuquerque, Nuevo México, EEUU

El nuevo sistema, que se encuentra en fase de optimización tecnológica, consiste básicamente en un motor a reacción que se ejecuta en un líquido a altas temperaturas. Existe además una variante, el uso de ciclos Brayton con helio en lugar de dióxido de carbono supercrítico. Sin embargo, el dióxido de carbono trabaja a una temperatura considerablemente más baja, además de ser más compacto. De esta forma, se reducen cuantiosamente los costes de producción y se aumenta la eficiencia.

 

Esquema del ciclo Brayton

Las propiedades del dióxido de carbono supercrítico a temperaturas superiores a los 500ºC y presiones por encima de los 7,6MPa permiten que el sistema pueda funcionar con una eficiencia térmica altísima, por encima de los indicadores de una planta de carbón de gran potencia. En comparación con otras turbinas de gas, el nuevo sistema podría aumentar la potencia eléctrica por unidad de combustible en un 40% o más.

Fuentes:
es.wikipedia.org
www.tendencias21.net

Manu Gutiérrez

Desafiando las leyes de la termodinámica: la pila de Karpen

¡Un saludo, queridos lectores! Ante todo desearos un feliz año nuevo a todos. 

En esta primera entrada del año, os quiero hablar de un aparato que descubrí recientemente navegando por internet. Se trata de la pila de Karpen, una pila del tipo termoeléctrico, pero que funciona a temperatura constante. Fue construida por el ingeniero rumano Nicolae Vasilescu Karpen alrededor del año 1950, y se conserva actualmente en el Museo Nacional de Tecnología de Rumanía, el cual, dicho sea de paso, no la expone porque no tiene dinero para el dispositivo de seguridad necesario para tal fin.

Pila de Karpen

Vasile Karpen y su invento

Físicamente, el aparato consiste en dos pilas eléctricas conectadas en serie, a las cuales se conecta un motor galvanométrico bastante pequeño, el cual a su vez está conectado a un aspa acoplada a un interruptor. Cuando ha dado medio giro, el circuito se abre, y al dar otra media vuelta, vuelve a cerrarlo. Esto no sería nada más que otra curiosidad de museo si no fuese porque recientemente, y tras sesenta años de funcionamiento, la pila sigue conservando el mismo voltaje que cuando fue ensamblada, allá por 1950. Un voltio, que se ha mantenido todo este tiempo. Se cree que, en el intervalo en el que el circuito está abierto, las pilas tienen tiempo de recargarse y reconstruir su polaridad. De hecho, Karpen, cuando la construyó, aseguró que el dispositivo permanecería trabajando para siempre. Por muy ridículo que esto sea, en los sesenta años que lleva funcionando no se ha podido demostrar lo contrario.

De ser cierto lo que Karpen afirmó, estaríamos ante lo que en termodinámica se denomina un móvil perpetuo de segunda especie, esto es, un aparato que realiza trabajo de forma cíclica e indefinida intercambiando calor sólo con una fuente térmica. Esto viola el segundo principio de la termodinámica:

La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo

La consecuencia más inmediata de este principio es precisamente la imposibilidad de construir un móvil perpetuo, un aparato que realice trabajo indefinidamente sin recibir energía. Esto implicaría la ausencia de rozamiento, lo cual es físicamente imposible (en todo proceso se disipa una parte de la energía en forma de calor). Sería interesante observar las consecuencias en las leyes físicas tal y como las conocemos del hecho de que este invento fuese realmente un móvil perpetuo (dicho sea con gran escepticismo por mi parte).

Nota: No he podido encontrar más información acerca de este dispositivo. Hay un documento pdf que se supone que explica su funcionamiento mediante matemáticas. No lo he mirado en profundidad porque dudo que tenga los conocimientos necesarios, pero para lectores con una formación avanzada, allá va. 

http://snet.elth.pub.ro/snet2004/Cd/circ/circ_O1.pdf

Fuentes:
www.desenchufados.net
www.taringa.net
es.wikipedia.org

Manuel Gutiérrez