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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Uso de una bomba de calor para recibir energía de fusión. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El físico inglés Ernest Rutherford era un hombre honesto y no ocultó el hecho de que llevó a cabo la descomposición del nitrógeno en hidrógeno y oxígeno (en 1919) guiado por uno de los manuscritos alquímicos [1]. Aparentemente, al mismo tiempo, en la sombría Edad Media, se creó el "bisabuelo" de los refrigeradores modernos (Fig. 1), que, después de la mejora, bien podría ser la legendaria "máquina de movimiento perpetuo".
¿Por qué? Veamos una bomba de calor clásica (fig.2), que consta de 4 partes: bomba (H), soplante, compresor; circuito caliente (G), tubería caliente; expansor (D), un motor que funciona con gas comprimido (en la versión comercial de una bomba de calor, la función de expansor la realiza un estrangulador de gas, un diafragma, una válvula, un tabique poroso, una válvula, un filtro, etc.); circuito frío (X), tubo frío, frigorífico.
¿Qué sucede con el aire, el vapor de agua y otros gases, líquidos de bajo punto de ebullición en varias partes de la bomba de calor? Empecemos por la soplante (H), que bombea gas desde el circuito frío (X) al circuito caliente (H). En este caso, el volumen del gas disminuye y la densidad y la presión aumentan. Dado que la cantidad de calor contenida en el gas permaneció sin cambios, la temperatura del gas aumenta, porque la temperatura es la densidad del calor contenido en el gas. Desde el sobrealimentador (H), el gas pasa al circuito caliente (G), a través de cuyas paredes cede calor al ambiente. El circuito caliente se siente muy caliente al tacto. La temperatura del gas que pasa por el circuito caliente desciende progresivamente, lo que indica la pérdida de parte del calor contenido en el gas. Desde el circuito caliente, el gas ingresa al expansor (D), cuya función puede ser realizada por una máquina de vapor, una turbina de gas y otros motores neumáticos. En el expansor, el gas se expande, reduciendo su presión y temperatura. Parcial o completamente, el gas puede pasar a un estado líquido o incluso sólido (como la nieve). Este fenómeno se utiliza en la licuefacción de gases y en generadores de nieve. Curiosamente, el primer gas (amoníaco) se licuó ya en 1799 [2]. Conocemos a Michael Faraday (1791 -1867) como un talentoso electroquímico (ver biografía en E 4/2000), pero todos los tecnólogos de la época lo consideran "suyo", ya que Faraday logró convertir casi todos los gases conocidos en ese momento en un estado liquido. En 1908, los científicos lograron convertir incluso el helio, que tiene la temperatura de licuefacción más baja (-267,9 °C), en estado líquido. En un expansor, especialmente en un expansor de turbina, ocurre uno de los fenómenos físicos más asombrosos. El hecho es que la viscosidad de la resistencia al movimiento de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura, y los gases, por el contrario, aumentan [4]. Dado que el gas en el expansor se sobreenfría y el líquido (gas condensado) está caliente (relativamente), el expansor funciona con una sustancia de trabajo ideal, lo que le otorga la potencia específica más alta entre los motores térmicos. Las turbinas con un diámetro de rotor de unos 10 cm (e incluso milímetros) desarrollan decenas, cientos de miles de revoluciones por minuto y generan miles de kilovatios de electricidad. El físico P.L. hizo una gran contribución a la mejora de los turboexpansores. Kapitsa (alumno de Rutherford), por el que recibió el Premio Nobel. Dado que el rotor de la turbina se mueve a una velocidad cercana a la de las moléculas del propio gas, surge el efecto de ordenar el movimiento browniano de las moléculas de la sustancia y la posibilidad de una selección significativa de su energía interna. El generador eléctrico para un turboexpansor se puede usar de la manera más simple: bipolar, asíncrono, de alta frecuencia e incluso en superconductores. Pero lo principal no es esto. La calorimetría precisa del calor liberado por el circuito caliente (Q1) mostró que es menor que el recibido por el circuito frío (Q2), y el trabajo gastado en el impulsor del ventilador (W1) resultó ser menor que el trabajo producido por el expansor (W2). Aquí está la máquina de movimiento perpetuo. De hecho, sumergiendo un circuito frío en agua, insuflándolo con aire caliente o irradiándolo con luz solar, puede obtener un motor del segundo tipo, que recibe la energía del sol. Dichos motores fueron creados por A. Musho (Francia), J. Erickson (Suecia), A. Enyas (EE. UU.). En 1912, por sugerencia de F. Schumann (Alemania) y W. Beuys (Gran Bretaña), cerca de El Cairo (Egipto), se construyó la central eléctrica más grande de la época con una capacidad de 45 kW. El físico francés F. Joliot-Curie consideró posible utilizar ampliamente la energía solar en las próximas décadas [5]. Para trabajar en una bomba de calor E.O. Paton (biografía en [6]) sugirió usar helio. Este gas nunca se congela y tiene la presión crítica más baja de 0,23-106 Pa (2,3 atm.). El calor profundo de la Tierra, que es predominantemente de origen radiactivo, también puede utilizarse como fuente de calor [7]. Entonces, la bomba de calor puede convertirse en un receptor no solo de la energía de la fusión termonuclear que se produce en el Sol (hidrógeno - helio), sino también de la descomposición termonuclear en el interior de la Tierra (uranio - plomo). También es cierto que el sol, el agua y el aire aún no se pueden poner en cajas fuertes, encerrados en almacenes, escondidos de la gente. Estas cosas son difíciles de quitarle a la gente para venderlas después, por lo que no se nos permite usar energía gratis. En un momento, el millonario Henry Ford dijo: "Nuestra sociedad no entiende la economía monetaria de los bancos. Y si la entendiera, inmediatamente haría una revolución" [8]. Es una pena que solo los millonarios lo sepan hasta ahora... Literatura:
Autor: Y. Barbudo
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