Bienvenido(a) a Crisis Energética, Anonymous Domingo, 27 Noviembre 2022 @ 13:24 CET

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Aire Comprimido como Vector Energético

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lukiluke

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Hola a todos, soy nuevo en este foro. Me interesa averiguar
las posibilidades que puede llegar a tener el aire comprimido
como vector energético. Después de leer con atención algunos
hilos que tocan este tema, he llegado a la conclusión de sería
conveniente debatir sobre esta estrategia energética desde un
punto de vista más general que el ligado estrictamente al coche
de aire. Como soy el primero interesado en sacar algo en claro
de todo esto no voy a comenzar con afirmaciones, sino
con una invitación a clarificar y discernir.

Pues por empezar centrando el tema es importante recordar
que no hablamos de una fuente primaria (para algunos esto
ya sé que es obvio). Un vector energético es un mediador entre
una fuente primaria y una aplicación (por ejemplo la electricidad
es un vector). Todo vector energético es una cadena que se
compone de tres eslabones: la generación (en el caso del aire
comprimido, es la compresión), el almacenaje y distribución,
y finalmente la reconversión en energía útil en el sitio y en el
momento que precisemos (en este caso mediante descompresión
en una turbina o en un pistón). Si alguno de estos eslabones falla,
el esquema entero está comprometido. Por tanto, hay que analizar
con cuidado los tres.

Personalmente creo que hay posibilidades muy interesantes, pero
como soy el primero en aburrirme cuando hay que leer mensajes
muy largos, voy a cortar aquí. Adelante otros.

lukiluke


lukiluke

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PPP

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Lukiluke:

En el primer eslabón de la cadena, que dices es la generación (y entre paréntesis pones la compresión), te estás olvidando de la madre del cordero de esa compresión: la energía, el tipo de energía uqe va a comprimir ese aire. ¿De donde sale? Si es electricidad, ¿no se podrán hacer cosas más útiles que comprimir aire para luego descomprimirlo realizando un trabajo en otros sitio? Si es petróleo o gas natural, ¿no pasará algo similar que con la electricidad?

Y finalmente, si el aire se comprime utilizando leyes físicas que relacionan presión, volumen y temperatura, ¿Cuanto tiempo puede permanecer el aire comprimido en un de terminado volumen, antes de que las pérdidas por temperatura reduzcan a cero la energía que ha costado comprimirlo? Pregunta que ha quedado sin responder en este foro. El depósito de gasolina, a pesar de ser algo volátil, puede permanecer AÑOS, si está mínimamente cerrado, conteniendo aproximadamente la misma cantidad de energía potencial. ¿Cuánto tiempo puede permanecer la energía del aire comprimido en un depósito al aire libre, sin que las fugas por diferencia de temperatura se la lleven al aire libre?

Saludos

Saludos

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mihe

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Perdona mi ignorancia PPP,

si no existe ningun tipo de fuga, aunque exista transferencia de temperatura, ¿tambien se pierde energia?¿La cantidad de materia dentro del tanque disminuye?

Personalmene a mi el aire comprimido como vector energetico me parecia bastante interesante. Un poco mas seguro que el hidrogeno y mas comodo que elevar agua o cualquier otro liquido. Y yo pensaba que con menos perdidas energeticas que si lo almacenas en baterias, pero ahora con lo que has escrito PPP creo que voy a tener que cambiar de opinion.

He encontrado varias paginas interesantes sobre esto, y no consigo comprenderlo bien del todo, ¿alguna de estas leyes explica la perdida de energia que has comentado:

ley de charles

ley de boyle

Gracias por adelantado.

edito para añadir mas cosas:

En tu comentario pones que la energia se quedara a cero, lo que yo entiendo es que habra una perdida de energia, pero cuando se iguale las temperaturas, todavia existira una presion, la cual hara que ese aire comprimido tenga energia. ¿Estoy en lo cierto ?


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whirlwind

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Hola,

He colgado en mi página un .rar con cálculos hechos en una hoja de Mathcad, simulando los procesos de compresión, almacenamiento y expansión de aire. Contiene un PDF y la hoja de Mathcad, por si alguno tiene el programa y quiere "trastear" cambiando presiones, tamaños...

AireComp.rar

A ver qué opináis. Espero no haber metido la gamba en algun sitio.

Un saludo

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victorluis

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Lukiluke y Whirlwind:

Como ya expresó Pedro la entalpía de un gas comprimido depende de la presión y la temperatura, el proceso de compresión no es adiabático y existen perdidas considerables de calor en el mismo, de hecho los grandes compresores industriales de varias etapas tienen que llevar refrigeradores intermedios, lo mismo ocurre con el deposito que pierde fatalmente la parte de entalpía de origen térmico.

Y ahora para Whirlwind: He intentado ver tus cálculos en tu pagina pero no he podido, quizá he hecho algo mal, a los "carrozas" ya nos pasó el tiempo de la informatica, pero me gustaría verlos si es posible.

Un saludo

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PPP

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Mihe:

Se trata de l oque dice Victor Luis.

La fórmula no es ninguna de las que mencionas. Es la de

P*V = n*R*T donde p es la presión, V el volumen (para un depósito determinado se supone constante), n es el número de moles del gas; R la constante universal de los gases y T la temperatura.

Si sube P, sube T. Si la T del gas del interior es superior a la T del ambiente, esta tiende a bajar con el tiempo, por muy bien aislado que esté el depósito. El calor (energía) se va al aire exterior y por tanto, termina bajando la P con el tiempo, a medida que baja la T hasta que llega a la temperatura medioambiental, que es algo que cambia día a día, con lo que hay intercambio permanente de calor entre el depósito y el ambiente. A eso me refiero, a que la energía gastada en compresión, no permanece incólume dentro del depósito.

Saludos

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whirlwind

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Mensajes: 6
Victor Luis,

La forma segura de bajarlo, independientemente de la configuración del navegador, es clic derecho->guardar destino como...

Un saludo

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mihe

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Quote by PPP: Mihe:

Se trata de l oque dice Victor Luis.

La fórmula no es ninguna de las que mencionas. Es la de

P*V = n*R*T donde p es la presión, V el volumen (para un depósito determinado se supone constante), n es el número de moles del gas; R la constante universal de los gases y T la temperatura.

Si sube P, sube T. Si la T del gas del interior es superior a la T del ambiente, esta tiende a bajar con el tiempo, por muy bien aislado que esté el depósito. El calor (energía) se va al aire exterior y por tanto, termina bajando la P con el tiempo, a medida que baja la T hasta que llega a la temperatura medioambiental, que es algo que cambia día a día, con lo que hay intercambio permanente de calor entre el depósito y el ambiente. A eso me refiero, a que la energía gastada en compresión, no permanece incólume dentro del depósito.

Saludos


Te agradezco mucho la explicacion PPP, pero hay una cosa que se me queda en el aire, y te puedo asegurar que estoy fascinado con la idea de que se pierda toda la energia.

Entiendo que se terminen igualando las temperaturas, y con ello exista una perdida de energia, pero ¿influye que pasen varios dias, y que la temperatura vaya variando de forma ciclica para ir perdiendo mas y mas energia?

entiendo ademas, que por ejemplo, si sacas el deposito en pleno verano, el aire del deposito a 40 Cº tendra mas energia que si lo sacas una noche de invierno a -15 cº

Entiendo que la materia no se escapa del deposito, y siempre quedara una presion minima, no se , si metes en aire a 300 bar, que al final se quede en 280, ¿no?

Un saludo !


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mihe

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Identificado: 09/04/2005
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Quote by whirlwind: Hola,

He colgado en mi página un .rar con cálculos hechos en una hoja de Mathcad, simulando los procesos de compresión, almacenamiento y expansión de aire. Contiene un documento word y la hoja de Mathcad, por si alguno tiene el programa y quiere "trastear" cambiando presiones, tamaños...

AireComp.rar

A ver qué opináis. Espero no haber metido la gamba en algun sitio.

Un saludo



whirlwind,

acabo de ver tu documento, y me ha parecido muy clarificador, esto es a lo que yo me referia en los post de antes, que hasta que se iguala la temperatura pierdes energia, pero no la pierdes toda, y segun puedo comprobar, ademas, el rendimiento de ese trabajo es bastante bueno. Te recomiendo que te leas el post que hay sobre "el coche de aire comprimido", hay mucha info sobre este la utilizacion del aire comprimido.

Un saludo !!!!


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whirlwind

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Sobre lo que comenta Victor Luis del intercooling, es verdad, se hace para no degradar el rendimiento isoentrópico de las etapas sucesivas. Pero la mayoría de los cálculos se hacen suponiendo las turbomáquinas como adiabáticas.

En los cálculos no he incluido dicho rendimiento porque el objetivo principal era calcular la pérdida por el almacenamiento, aunque lógicamente habría que tenerlo en cuenta para hacer un cálculo más fino.

Un saludo

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lukiluke

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Bueno bueno, me parece que os ha picado la misma avispa que a mi.
Esto del aire comprimido os aseguro que engancha.
Tengo mucho interés en que de este hilo acabemos aprendiendo todos,
yo el primero, así que como veo que hemos empezado a ordenar
bien la discusión comenzando por el principio: la compresión, voy a
comentar lo que sé. En primer lugar el aire comprimido no pierde
su capacidad energética con el tiempo.
Naturalmente que se equilibrará la temperatura con la del exterior, pero
la presión no, a no ser que tenga un agujero por el que pierda aire.
Generalmente las posibles pequeñas pérdidas pueden ocurrir en procesos
de trasvase, pero un depósito de acero bien cerrado, conteniendo aire
comprimido a 500 bares, y a 25 grados de temperatura, seguirá estando
igual dentro de años. ¿Cuántos?, depende de la fatiga del material, pero
no de ninguna temperatura del aire.

Pero comenzando con el tema de la compresión,
es importante saber si estamos de acuerdo en esto:
como menciona PPP, la compresión es una conversión de
una energía en otra (por ejemplo electricidad en aire comprimido).
La calidad de este proceso de conversión
depende de lo hábiles que seamos para mantener la
temperatura del aire que queremos comprimir constante.

Para ser concretos, supongamos que queremos conseguir 1 m3 de aire
comprimido a 500 bares y a temperatura ambiente (25ºC).
Cuanto más isotermo sea el proceso de compresión, menos trabajo tendremos
que realizar para lograr nuestro propósito. Esto se consigue esencialmente de
dos maneras:
1. utilizando materiales y diseños que optimicen el intercambio de calor
del aire con la atmósfera
2. haciendo que la compresión sea lo más lenta posible

En la realidad ninguna compresión es isoterma, esto es una idealización.
Al final queremos un determinado caudal y eso nos exige un ritmo en general
alto en el pistón.
En el extremo opuesto a la compresión isoterma encontramos la adiabática. En ella
la temperatura del aire sube porque no se transfiere calor al exterior al ritmo
suficiente, igualmente por dos razones posibles:
1. las paredes no son buenas conductoras de calor (paredes adiabáticas)
2. ó, la compresión es demasiado rápida.

Si el aire en el interior se recaiienta nos va a exigir un extra de trabajo
para completar el recorrido del pistón. Al final, tendremos aire comprimido
a mayor temperatura que la inicial. Con el tiempo, es verdad que
acabará equilibrandose con la temperatura exterior. El resultado
final será el mismo por ambos métodos, o por cualquiera intermedio,
ya que solo depende de la temperatura (la exterior), el volumen y
la cantidad de aire que hemos encerrado (la presión se ajusta por la
formula de los gases perfectos p=mRT/V). En nuestro ejemplo, siempre
acabaremos con 1m3 de aire a 500 bares y 25ºC.

La diferencia entre una estrategia y otra reside en el coste energético.
Siempre la compresión isoterma es la más económica, y por tanto debemos
intentar aproximarnos a ella todo lo que podamos.

Bueno, me parece que me está quedando un poco largo. Me gustaría
saber si se entiende, si estamos de acuerdo, o si hay que matizar algo,
antes de pasar a poner más detalles o fórmulas.

Un saludo a todos.

lukiluke




lukiluke

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Alb

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Mensajes: 2195
Hola lukiluke y bienvenido al foro.

Iba a escribir un mesaje sobre por que no se pierde la energia almacenada como aire comprimido... pero veo que ya lo has explicado perfectamente. Asi que eso que me ahorro.


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victorluis

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Mensajes: 566
El considerar los compresores como procesos adiabaticos es una pura ficción académica de las multiples que emplean los profesores de termodinámica que nunca han manejado una instalación industrial, los ciclos nunca son ideales.

Tampoco los podemos considerar isotermicos, sería otra ficción ya que el proceso real no puede ser tan lento.

Si queremos afinar el cálculo del rendimiento haremos:

energía eléctrica absorbida por el motor/ energía mecánica en el eje/ perdidas térmicas disipadas en la compresión (enfriadores)/rozamientos y perdidas mecánicas del compresor/ perdidas termicas en el deposito para igualarse con la temperatura ambiente/energía acumulada en presión en el deposito una vez estabilizado a la temperatura ambiente.

El cociente entre el último término y el primero darán el rendimiento global del proceso, que en las instalaciones reales es mas bien bajo. El rendimiento del motor neumático es alto pero si pensamos en el eléctrico como alternativa con celulas de combustible también lo es.

Si además consideramos que haciendo un mix entre las centrales térmicas convencionales y los ciclos combinados el rendimiento del KW-h eléctrico no llega al 40% del KW-h térmico (considerando las perdidas del transporte) resulta mucho mas interesante usar gas natural (celulas de combustible) que usar aire comprimido.
Estamos hablando de como mucho un 22/25% frente a un 50/53 % de las celulas.

No le deis mas vueltas al tema, el aire comprimido se usaba en las minas de carbón donde existían tractores con ese sistema, y se cambió por tractores de baterías eléctricas con mejor rendimiento en los lugares que el "grisu" (metano) lo permite.

A principios del siglo XX ya circuló por París un omnibus accionado por aire comprimido, durante muchos años, antes de la epoca de los misiles, el aire comprimido accionaba las helices de los torpedos navales, es un tema muy estudiado que ya no da mas de si.

Un saludo.

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Miguel

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Mensajes: 442
Saludos a todos:

Veo que este hilo, que por razones obvias me interesa, ha comenzado a un nivel que yo no soy capaz de seguir. Intentaré por tanto intervenir lo mínimo, para que no se diga que el nivel técnico baja. Solo decir a Victorluis que no estoy para nada de acuerdo en que el aire comprimido sea: tema muy estudiado que ya no da mas de si , a lukiluke darle las gracias por explicar una vieja pregunta de Pedro que yo aun no había sabido contestar y a Alberto decirle que: ¡ya te vale!: dices que sabias contestarle a Pedro lo que el dice que el deposito se vacia con el tiempo y no lo has hecho hasta ahora ( de broma eh).

Incluyo una fotografia de algo que ya tenemos terminado y que posiblemente comencemos a fabricar antes del coche. Dado que hablamos de un elemento sencillo, creo que tan solo hay que estudiar sus rendimientos y los interesados verán facilmente su viabilidad o no. En cuanto pueda adjuntaré los datos.

Miguel


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lukiluke

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Querido Victor Luis, con tu permiso, vamos a seguir dándole
algunas vueltas. Y no porque pensemos que la gente no lo ha hecho
antes, sino porque a veces las mismas ideas tienen distinto
sentido según la época. Curisamente en la historia reciente del
transporte el aire comprimido y el hidrógeno han tenido un destino paralelo. A finales del siglo XXI se empezaron
a perfeccionar máquinas de ferrocarril impulsadas por aire comprimido.
Podéis encontrar una retrospectiva preciosa en
esta página,
así que no voy a extenderme. Fíjaos cómo, a finales
de los años 30 menciona, la fiabilidad de las máquinas de combustión
interna, unido al precio tirado del petróleo barrieron tanto al aire
comprimido en tierra, como al hidrógeno en el aire. ¡Incluso
de las estanterías de las librerías! Tan es así que
si compras un libro de neumática hoy, a penas verás tablas
que pasen de los 30 bares. Sencillamente la neumática está pensada
para aplicaciones rápidas de alto valor añadido (por ejemplo
el torno del dentista). Fijate también, que 70 años
después, cuando el petróleo empieza a subir de precio,
de nuevo el hidrógeno, y quizás el aire comprimido vuelvan
a la palestra. No eran malas soluciones, sencillamente son
más vulnerables ante la aparición de soluciones fáciles y baratas.
Esto sólo nos debe servir para ser cautos y realistas, pero no
necesariamente pesimistas y desdeñosos.
Llegados a este punto, creo que tu punto de vista, esta demasiado
influido por el tema del transporte. Es por eso que me pareció.
importante separar este hilo del del coche de aire.
De las intervenciones en este hilo, deberíamos empezar
a ver que hay dos componentes inseparables de la
gestión energética mediada por aire comprimido (neumoenergética):
1. un peso considerable (1 kg por cada m3N de aire)
2. la inherente necesidad de movilizar calor (tanto en la compresión
como en la descompresión)
Estos dos ingredientes vienen a decir, que entre las posibles
aplicaciones de la neumoenergética, las relacionadas con la
automoción quizás sean de las menos esperanzadoras. Por el contrario
deberíamos esperar mejores noticias de aplicaciones estáticas, en las
que el intercambio de calor no sólo sea posible sino además un
beneficio extra (esto recibe vulgarmente el nombre de co-generación).

Per bueno, no quiero extenderme hablando en genérico,
creo que hay buen nivel para que pongamos números a las
frases. Así que propongo el siguiente ejercicio: 1MWh es
una buena medida de una cantidad energética palpable.
Una casa normal suele consumir unos 10kWh al día, es decir, 300 kWh
mes, o sea que estamos hablando de unos 3 meses de consumo
doméstico. Me gustaría disponer de reservas para ese tiempo
en mi casa. ¿Cuánto aire comprimido necesito a 25ºC de temperatura
ambiente si dispongo de un volumen presurizable de 10 m3?

Venga chicos, a ver si nos sale la cuenta y ponemos una empresa.


lukiluke


lukiluke

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PPP

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Lukiluke dijo:

un depósito de acero bien cerrado, conteniendo aire
comprimido a 500 bares, y a 25 grados de temperatura, seguirá estando igual dentro de un año. Cuántos, depende de la fatiga del material, pero no de ninguna temperatura del aire.


Dos precisiones.

Una. cuando se toma aire del exterior para meterlo en el interior de un depósito, si fuera está a 1 atmósfera y 25ºC y dentro se quiere poner a 300 atmósferas, aplicar la fórmula y ver la temperatura que queda dentro. Ese calor es el que se vuelve a escapar al exterior en función del tiempo que transcurre y el diferencial, hasta que se equilibra. Si te tomas la molestia de enfriarlo para conseguir que esté a 300 atmósferas y 25 ºC gastas la energía por adelantado. Y siempre gastarás más energía que la adicional que consigues acumular por ponerla a esa temperatura más baja. Termodinámica.

Dos. Incluso cuando consigues poner el aire del depósito a 300 atmósferas y 25 ºC, el problema con el que te encuentras, es que si vives en Varsovia, puedes pasar seis meses al año con temperaturas externas por debajo de cero, muchas horas al día. Si dejas el coche en la calle, sigues perdiendo, palmando energía, que diría un castizo.

Por eso, lo que algunos esperamos ver es ese comportamiento a lo largo de un año REAL en condiciones REALES en el mundo REAL.

Tres y último. Y si finalmente consigues aire a 300 atmósferas enfriado, por ejemplo, a 2 º C, cuando llega el verano y viene un pelotazo a 30 ºC sobre cero en el exterior, ver que sucede con la presión y con las posibles consecuencias.

Esas son las cosas que queremos ver, como dicen los chuletas de barrio, EN LA CALLE.

Saludos

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lukiluke

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Mensajes: 24
A ver PPP, no es correcto lo que dices. Parece que conoces algunas
fórmulas, pero no las usas bien (o no entiendo lo que dices).
En fin, aquí es dificil escribir ecuaciones, así que
se puede poner alguna de vez en cuando, pero
no podemos repasar toda la termodinámica de gases ideales.
Te recomiendo un ¡enlace erróneo!
que usamos en otro foro, para andar
por casa.

Lo más importante que debes saber es que la transferencia de
calor a la atmósfera no implica una pérdidad de energía.
Hay dos componentes del calor transferido. Una es la mínima
que puedes y debes transferir para mantener tu temperatura
estable. Esa no es una pérdida, sino todo lo contrario:
una inversión que podrás recuperar de la atmósfera haciendo
el proceso inverso, es decir una expansión (igualmente isoterma).
Es poco intuitivo, pero fíjate que esta
energía no está ya más en tu contenedor. Tu bombona de aire
comprimido actua como una tarjeta de crédito en el cajero.
Sirve para inyectar calor en un banco que es la atmosfera,
(por ejemplo en Segovia) y recuperarla después descomprimiendo
(si quieres, en Pekín). El valor de esta parte es
Wisot= pV ln(p/p_0)
para una compresión (o descompresión cambiando el signo)
desde una presión p_0 a otra p.

Si tu compresión es rápida, tienes que usar otra fórmula
Wpol= (pV-p_0V_0)/(g-1)
donde g es un parámetro que varía entre 1 y 1.4
Se denomina coeficiente politrópico y en los
casos más extremos vale 1 para un proceso estríctamente
isotermo, y 1.4 para uno estrictamente adiabático.

Bueno, pues la otra componente, la
diferencia Wpol-Wisot supone un trabajo extra
(calor) que sí que pierdes irremisiblemente. Por eso la compresión
(descompresión) es mejor cuanto más se acerque g a 1 en tu proceso.
Para que te hagas una idea, yo he visto archivos en los que
MDI clama que su motocompresor alcanza un valor de g=1.15,
En fin, no sé si aún hoy lo sostienen, pero a mi me
parece excesivo. En cualquier caso, el tiempo lo dirá.

lukiluke


lukiluke

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egoi

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Mensajes: 205
Veamos.

Un vector energético se utilizara teniendo en cuenta dos premisas en mi opinión. Eficiencia y versatilidad.

Que ventajas tiene el aire comprimido respecto a por ejemplo el hidrogeno y la electricidad?

Y por mucho que alguien se empeñe, un gas no puede estar siempre con la misma energía como bien a dicho pedro. Lo mas útil en ese caso es el elevar un liquido a un nivel superior (si se quiere conservar la energía en largo tiempo sin apenas perdidas).

Saluditos
Egoi

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mihe

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Mensajes: 102
Conclusiones que he sacado, yo que no tengo mucha idea del tema:

- Al igualarse las temperaturas del aire que acabas de comprimir, y la atmosfera pierdes energia.
- La energia que se pierde es solo una parte de la total, llegando al punto en el cual no se pierde mas energia, ya que la temperatura se iguala con el exterior. solo se perderia, por ejemplo, si se situa el deposito en una zona mas fria, e incluso, se ganaria si se llevase a una zona mas caliente.
- El rendimiento teorico del almacenamiento usando aire comprimido es bueno, sin tener en cuenta despuse que aplicacion se le de y las perdidas que puedas tener.
- Es menos peligroso que almacenar hidrogeno, aunque a determinados bares no me gustaria estar cerca si aquello se raja o estalla.
- Tiene mejor rendimiento que guardar electricidad en baterias (¿no?)
- Es menos aparatoso que elevar un liquido a determinada altura.

Un saludo !


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Dopou

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Mensajes: 1
Muy buenas,

Es la primera vez que escribo pero creo que escribo, pero me gustaría puntualizar que el potencial energético de un depósito, depende de la entalpía del fluido de su interior.
La entalpía es una variable de estado, esto es, depende únicamente de los estados inicial y final, y no del camino seguido.
Un estado termodinámico, puede definirse generalmente mediante tres variables como son la presion, el volumen y la temperatura.
Si, como en nuestro caso, el volumen permanece constante, únicamente dependerá de las otras dos variables (P y T).
LA entalpía h=u(T)+P*V. De esta definición de entalpía, se deduce que hay una parte que depende de la T (es la relativa a la energia interna del aire), y otra parte depende de la P.
Así, si comprimimos con un compresor real un gas, éste se calentará y aumentará su presión, alcanzando un estado X de entalpía. Al cabo del tiempo, la temperatura del fluido comprimido se habrá igualado a la del ambiente (sumidero), por lo que únicamente quedará en el depósito la entalpía debida a la presión (que podrá ser muy elevada aún), por lo que se podría emplear como vector energético.
Como fuente de energía para realizar la compresión, se podría emplear la energía eólica en los periodos llano de demanda.

Yo personalmente sigo pensando que el Hidrógeno es el vector del futuro, pero, como en el caso de las nucleares, la gente dice que no sin escuchar a razones y eso no hace mas que retrasar el desarrollo de una región, ya que hoy por hoy, es imposible satisfacer las necesidades energéticas con renovables (y lo digo yo que trabajo para una empresa de renovables....)

Saludos

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lukiluke

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Mensajes: 24
Hay muchas definiciones de contenido energético. Lo importante
es saber cuál es la útil para cada proceso. Aquí lo que nos
interesa es saber cuánta energía podemos extraer. Eso no sólo
depende del estado interno, sino del exterior. La presión
interna sólo podrá producir trabajo hasta que se iguale con la
externa, el calor también se trasvasa hasta que se igualan
las temperaturas. En términos más precisos, a esto se le
llama no energía, sino exergía, y no es una propiedad interna
de un sistema, sino del sistema en un determinado entorno.
Lo que nosotros consumimos cada día no es energía, sino
exergía. Es decir, degradamos calidad energética, porque la
energía es, por definición, una cantidad que se transforma pero
globalmente se conserva.
Volviendo al contenedor, para saber si es un vector viable o no
me parece que no tenemos mas remedio que poner algunos
números.
Así que retomando a una propuesta que hice en un mensaje anterior
para poder recuperar 1MWh de energía a
partir del aire comprimido contenido en un recipiente de 10M3
debo empezar diciendo cómo lo voy a descomprimir.
Si supongo una descompresión ideal isoterma (un pistón lento
y buenos instercambiadores), entonces
debo usar Wisot = 1MWh = (pV ln p)/36000
(el 36000 es para que sea en MWh)
Sustituyendo sale p=568 bares.

Por el contrario, si la descompresión es muy rápida y adiabática
para la misma presión inicial obtengo
Wabiat = 330 kWh. Esto es más o menos el patrón siempre.
La parte de energía digamos mecánica, la que obtenemos
aunque no recuperemos calor de la atmósfera supone 1/3 de
la isoterma.

Si queremos ser realistas, podemos suponer
algo intemerdio. Algo conservador
como un 50% de recuperación térmica,
es decir W = 2/3 Wisot~660 kWh.

Resumiendo, y por redondear cifras
si en 10m3 encerramos aire a
600 bares, disponemos de unos 700 kWh
mecánicos útiles a la salida del descompresor.
Evidentemente, si con eso queremos electricidad
hay que añadir la perdida en el alternador, pongamos
un 10%, lo cual nos deja en números redondos
en 600kWh en el enchufe.

Pregunta: ¿Alguien saber cuáles son los números
análogos para el hidrógeno? Supongamos que
compartimos el mismo contenedor de 10m3.
¿Cuánto hidrógeno necesito para obtener 600kWh,
en el enchufe, y por tanto, a qué presión debo
guardarlo a temperatura ambiente?
(esto es un punto que con frecuencia se olvida: el hidrógeno
es un vector muy complejo con muchas etapas en su
utilizacion. Una de ellas es la compresión, se habla
de 350-700 bares en aplicaciones automovilísticas.
Este trabajo de compresión nunca se recupera por
descompresión, es sólo a efectos de almacenaje, y
debe incluirse en la tasa de rendimiento final global).


lukiluke



lukiluke

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Antonio

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Todo entendido sabe que en atmósferas explosivas, el motor neumático es lo suyo. Del de explosión ni hablamos y los motores eléctricos, junto con sus instalaciones, tienen que ser herméticos pues una chispas nos manda el tinglado a hacer gárgaras.
Pues bien. O la ponzoña en nuestras ciudades se torna explosiva, o el motor de aire va de cráneo. Siempre y cuando los adelantos de la técnica, no den con la forma de cultivar aire comprimido.
¡No abras ese melón¡ Que la espichamos.

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PPP

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Veamos, Lukiluke. Empiezas primero diciendo que te gustaría sacar algo de este foro, Victor Luis y Dopou te hablan de entalpía y yo te pongo la fórmula

P*V = n*R*T donde p es la presión, V el volumen (para un depósito determinado se supone constante), n es el número de moles del gas; R la constante universal de los gases y T la temperatura.

Y ahora sales diciendo que no es correcto lo que digo.

Empecemos a entendernos en el mismo lenguaje:

¿Qué es lo que no es correcto, la fórmula?

Y si la fórmula es correcta y el volumen es constante, ¿no es menos cierto que la presión y la temperatura son factores directamente relacionados en la fórmula, si una sube la otra tiene que bajar y viceversa, respectivamente? ¿O vamos ahora a creer en los milagros?

No estoy proponiendo que repasemos toda la física de gases.

Apenas te voy a proponer que utilices la ley de Boyle-Mariotte, que se basa en que a temperatura constante P1*V1 = P2*V2 o la de Guy Lussac, que establece que la presión de un gas en un volumen constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta, mediante la fórmula
P1/t1 = P2/t2

Ambas combinadas, dan lugar a la ley general o combinada de los gases, que dice que ( P1 V1 ) / t1 = (P2 V2 ) / t2

Creo que lo más importante que debes saber tu, es que esas leyes son muy básicas, no exigen ecuaciones diferenciales ni integradas y vienen a decir que si mantienes el volumen constante en un depósito rígido, por ejemplo, y tomas aire de la atmósfera a aprox. 1 atmósfera de presión y a una temperatura ambiente determinada y la metes a 300 atmósferas, la temperatura sube para que pueda seguir habiendo 300 atmósferas, exactamente en la proporción de la fórmula. Hasta ahí mis conocimientos de física.

Y una vez confinado el gas a 300 atmósferas y a una determinada temperatura, superior a la anterior, si por el intercambio de la temperatura del gas en el interior con el aire del exterior, la temperatura interior baja (y lo hará sin duda con el paso del tiempo, porque no existen los aislantes perfectos. A eso se le llama fuga y en ese proceso siempre se pierde energía), tendiendo naturalmente a equilibrarse con la exterior, la presión baja o aquí alguien saca del baul de Houdini algún truco.

Eso por no hablar de las pérdidas de compresión y por no hablar de que estamos con gases que no son ideales, especialmente el aire y que, como es natural, se comportan peor que los ideales.

Espero que ahora se me haya entendido mejor. Esto me recuerda al debate que ha habido recientemente en otro foro de energía sobre un tipo que decía que algunos mendigos en la rebusca de basuras se habían electrocutado al tocar televisores tirados al basurero hacía años. Ha tenido que salir un tipo ya viejo como yo, a decir que los únicos televisores que acumulaban energía eran los que iban a válvulas y exigían condensadores de gran capacidad. Yo también recuerdo haber trabajado con ellos y ciertamente acumulaban carga eléctrica suficiente como para dar un buen cacharrazo al técnico, si estaba recién cargado y uno tocaba las dos bornas por descuido. Solían ser de unas tensiones nominales de entre cientos y pocos miles devoltios, con una corriente relativament epequeña pero muy molesta. A alguhnos con el corazón delicado si lo pudo electrocutar en aquellos tiempos, pero todos aquellos chalados que trabajábamos con aquellos viejos cacharros, sabemos desde hace mucho tiempo que

a) No hay almacén gratuito ni perfecto de energía
b) No hay energía que mil años dure almacenada por el hombre (la naturaleza parece que si puede almacenarla por más tiempo), ni siquiera la hidráulica, si no la mantienes.
c) No hay móviles perpetuos.
d) No hay equipos que no tengan fugas

y por tanto, nadie sabe que aquellos condensadores hayan podido almacenar carga más allá de unos pocos meses, antes de que el dieléctrico (en este caso, el aislante eléctrico entre los dipolos de un condensador) y el propio aire, vayan haciendo, debido a la imperfección natural de su estructura, que las cargas salten del lado donde están acumuladas con diferencia de potencial, hacia el que hay menos. Hasta que deja de haber diferencia de potencial. Es muy sencillo y muy natural. Y con el gas comprimido, pasa lo mismo.

Por eso, sin dudar de que los equipos de aire comprimido funcionen (sean capaces de realizar un trabajo mecánico al descomprimir el aire) poco tiempo después de haber comprimido el aire en sus depósitos, volviendo a descomprimirlo (una de las frases favoritas de Miguel era algo así como que el tubo de escape se quedaba con escarcha; algo que todos sabemos que pasa cuando una bombona de camping gas se descomprime con rapidez por accidente y ese cambio brusco o energía perdida en refrigerar el ambiente a la salida, resta eficacia al trabajo mecánico que se supone se busca desarrollar) queremos saber la tasa a la que se pierde la energía acumulada en función del tiempo y de las características particulares del dispositivo que guarda el aire comprimido. Simplemente por estar comprimido en un medio no perfecto y en un ambiente externo cambiante.

Por cierto, el resumen que manejais en el otro foro
http://cienbares.dyndns.org/download/FisicadelAC_v1.pdf
para andar por casa, no sale en la web

Saludos

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Alb

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PP, te preguntas:"¿Cuanto tiempo puede permanecer el aire comprimido en un de terminado volumen, antes de que las pérdidas por temperatura reduzcan a cero la energía que ha costado comprimirlo?Pregunta que ha quedado sin responder en este foro."


Creo que llevas tu pesimismo y tu poca confianza en la ciencia a limites poco razonables. Quizas la ciencia no vaya a solucionar la CE ni tenga respuesta para todo... pero si permite explicar como se comporta un gas comprimido.

Para que Miguel no se me queje lo explico ;)

La cosa tiene mas miga, de lo que parece. De hecho siendo rigurosos, Miguel, lukiluke y yo mismo hemos estado equivocados y PPP tiene razon.

Imaginenos que cogemos aire a 20 grados(temperatura atmosferica) y la comprimimos hasta 300Bares, gastando un trabajo W. Como la compresion isoterma es no posible en la practica, el aire al final estara a una temperartura T >20ºC en poco tiempo la bombona se enfria disipando energia y alcanzando el equilibrio 20ºC.

¿Cuanta energia encierra la bombona de aire comprimido?
Esto es muy sencillo de calcular

Energia=Capacidad calorifica(Tfinal-Tinicial)

Como la temperatura inicial y final son iguales(20ºC)
La energia almacenada en la bombona es CERO y el rendimiento de la compresion es 0/W=0

Sorprendente verdad!!! Cuesta de creer que hayamos gastado un monton de trabajo comprimiendo un gas, que este encerrado a una presion elevadisima y sin embargo no hayamos metido nada de energia dentro de la bombona.El aire a 300 bares dentro de la bombona tiene exactamente la mims energia que tenia cuando estaba libre a 1 bar.

¿Donde ha ido esa energia que hemos gastado en la compresion?
Si el proceso fuera isotermo, todo el trabajo aportado es disipado en forma de calor durante la compresion para lograr que la temperatura se mantenga constate. Si el proceso es adiabatico, la energia se pierde despues(y en mayor cantidad)

Quizas Miguel este pensando... este Alb solo dice tonterias, claro que hay energia dentro de la bombona, mi coche se mueve.

Aqui viene lo mas sorprendete del asunto, es cierto que su coche se mueve, a pesar de que el aire encerrado a presion no tiene mas energia que el aire atmosferico.

Si aplicamos la formula de la expasion isoterma. Obtenemos que:

W=nRT ln(P0/P1)

Obtenemos un trabajo no nulo. En el caso de las bombonas del coche de MDI creo que eran 52MJ

¿Donde esta el error? ¿Como hemos podido sacar 52Mj de un botella que no contenia energía?¿Hemos infringido el 1ºPrincipio de la TD?

La respuesta resulta bastante curiosa(al menos para mi) . La energia no sale de la bombona(ya que no tienen energia) sino del ambiente. Al dejar expandir el aire, este se enfria absorviendo calor de los alrededores. La energía que habia desaparecido durante la compresión disipandose en el ambiente, ahora es recogida del mismo para obtener trabajo.

En el aire comprimido no se almacena energia, sino la capacidad de extraer la energia del exterior.

Todo esto no deja de ser una curiosidad y una fuente inagotable de "Preguntas trampa" en examenes de TD. En la practica se suele considerar que la energia del aire comprimido es la que es capaz de absorver del ambiente.

Y esta no se pierde a lo largo del tiempo. Puedes tener tu coche aparcado durante un siglo y habrer sufrido varias glaciaciones y olas de calor. Si el deposito aguanta no habra perdido nada de energia por la sencilla razón de que el aire comprimido NO almacena energia. Sino que la extrae del medio ambiente.

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jprebo

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Un tanto lioso para mí, pero en las explicaciones que Alb ha dado, yo pregunto, ¿y la diferencia de presión?, ¿no representa energia acumulada?, acaso 1000 litros de agua a 100 metros de altura ¿no puede contener energia por diferencia de potencial por el hecho que no sea capaz de absorber Tº en su caída (prescindiendo del calor producido por rozamientos)?.
Desde mi punto de vista, y que conste que soy el mas ignorante de este foro, el tema de la absorción de calorias del ambiente circundante durante el proceso de descompresión, no es la unica fuente de energia que desarrolla el aire comprimido, si no que es un añadido.

Si colocas el deposito a 300 bares en una habitación a Tº ambiente y presión atm 1 y descargas el aire comprimido en otra habitación cuya presión tambien sea atm 1, pero su Tº sea igual a la que tendrá el aire del depósito al expandirse desde los 300 bares hasta 1 atm, según tus explicaciones, dicho aire comprimido no realizará ningun trabajo, ya que no podrá absorber calorias del ambiente por encontrarse a igual Tº, es decir que el aire no saldrá, ya que no tendrá energía que la haga salir si fuera no hay calor.

¿me equivoco?.

Una observación personal, la presion de las ruedas de mi coche, solo las miran cada 10.000 y suelen estar practicamente bien al cabo de varios meses, por lo que no sé por qué un depósito de aire comprimido a 300 bares y 25º, ha de perder energia al cabo de un año si está bien construido y sin fugas, la energia acumulada, en caso de haber menguado, será casi insignificante, ademas, dudo que quien conduzca un coche de aire comprimido, no lo use ni 200 Km al año. ¿no?, con esto quiero decir que el tema de las perdidas es mas un tema de segundo orden y que el tema de primer orden es saber cuanta energia ha sido necesaria para almacenar ese deposito a esa presión y Tº y cuanta energia somos capaces de extraer realizando un trabajo para saber realmente el rendimiento general y obtener el dato de conocer si es mejor que otros sistemas o como dice Alb y PPP, el aire comprimido, no es una alternativa que presente mejoras frente a lo que ya existe en el mercado o frente al hidrogeno en un futuro, siempre desde el punto de vista del rendimiento energético general desde la primera fuente energética hasta el trabajo realizado por el aire comprimido, nadie discute que deben ser muy practicos en situaciones inusuales como son en minas donde exite riesgo de explosión por gas.

Un saludo.








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Miguel

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Bueno, hace rato que me he perdido, aunque conceptualmente intento entender lo que se dice. Hasta donde llego sé que hay pérdidas en calor cuando el aire se comprime y despúes frio cuando se descomprime. Pero si comprimimos en un sitio fijo, siempre podemos aprovechar el calor que se desprende para algunas cosas. Y en la desompresión, bueno, al entregar un trabajo, nos viene muy bien un calor para ganar volumen. Y según en que casos, por ejemplo en un coche, aprovechamos el frio como aire acondicionado sin gases ni motor adicional, o en la casa quizá tambien.

El asunto que dice Pedro sobre que el aire comprimido tenga pérdidas no es demasiado preocupante si hablamos de meses. El ejemplo que pone Jprebo de sus neumáticos me parece muy bueno y, tambien como dice él, si lo utilizamos en los próximos días o semanas no hay ningún drama. Lo que me ha preocupado más es lo que dice Alberto de que una bombona de aire comprimido a 300 bares contiene cero energía. Y le doy vueltas a lo que dice de:

"En el aire comprimido no se almacena energia, sino la capacidad de extraer la energia del exterior." Y pregunto (humildemente) ¿Significa eso que es como si sacaramos energía de una fuente de frio, como ausencia de calor, por ejemplo?. No creo que sea así exactamente, el aire comprimido a 300 bares empujará con mucha fuerza lo que le pongamos delante, por ejemplo un pistón, no?. Y todo eso al margen de la temperatura que tenga. Bueno, lo más probable es que esté diciendo alguna tontería pero me gustaría aportar algo que permitiera llegar al fondo del asunto, si es posible, aunque veo que de momento tampoco hay mucho consenso, incluso con fórmulas por delante.

Por si sirve de algo puedo incluir algunos extractos del estudio que hicieron los profesores: Juan Ramón Arias Pérez, Efrén Moreno Benavides, y Emilio Navarro Arévalo de la ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONÁUTICOS, DEPARTAMENTO DE MOTOPROPULSIÓN Y TERMOFLUIDODINÁMICA, LABORATORIO DE MOTORES ALTERNATIVOS de la Universidad Politécnica de Madrid, no sé quizá hasta los conocéis. El estudio se titula:
ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL MOTOR MDI42
PARA SU APLICACIÓN EN LA GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA. Es muy largo, asi que incluyo algo y lo pongo a disposición de quien lo quiera, aunque debo pedir permiso antes.

Ciclo Ideal

Hipótesis
El modelo de ciclo ideal se sustenta sobre varias hipótesis simplificativas que hacen
abordable un estudio analítico con poco coste computacional.
Estas hipótesis son las siguientes:
o El gas en evolución es ideal, con un coeficiente adiabático γ constante y una
masa molecular M que hace que la constante del gas sea R=287 J/kgK.
o Los procesos de compresión y expansión en los cilindros se consideran
politrópicos con un coeficiente n. En algunos modos de cálculo, los procesos
serán isentrópicos y el coeficiente n se iguala a γ.
o Durante los procesos de transferencia de masa con válvulas abiertas, la presión
en las respectivas cámaras es la misma, y permanece constante durante el
proceso.
El ciclo se compone de tres procesos principales, realizados en cámaras diferentes:
o La compresión se realiza en dos etapas, la primera de 1 a 5.5 bar y la segunda
de 5.5 a 30 bar, con enfriamiento del gas entre ambas. Los datos geométricos
de los dos cilindros donde se hace la compresión son conocidos, por lo que este
enfriamiento se calculará con el objetivo de que la transferencia de masa del
primer cilindro al segundo sea la misma que del segundo cilindro a la cámara
de combustión.
o La combustión es continua y a presión constante, incrementando la
temperatura de los gases en una magnitud a determinar.
o Finalmente, la expansión se realiza en dos etapas, en una cámara con dos
émbolos. Durante el descenso del primero, con el segundo en reposo, se llena
la cámara del gas proveniente de la combustión, con una presión constante de
30 bar. Después, con el primer émbolo en reposo, se realiza la expansión de
esos gases hasta el volumen máximo.
La admisión y escape de gases se realizan en los cilindros de compresión y expansión
respectivamente.
Para el análisis energético del motor, se calcularán los diagramas p-V para cada una de
las cámaras, y de ellos se extraerá el trabajo requerido para cada uno de los procesos.


Bueno, hay muchos numeritos raros de esos que llamáis fórmulas, y la conclusión creo que es bastante neutra. Lo dicho. Y gracias por el interés serio. Saludos. Miguel.

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lukiluke

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A ver PPP, eso de que perdemos energía
hasta que se reduce a cero es una obsesión
que tienes porque confundes muchas cosas.
La energía interna sólo se anula en el cero absoluto.

Su fórmula para un gas ideal es en U = cV T
donde cV= 0.2 (Wh/kg ºK) es la compresibilidad
a volumen constante. Pero ¡hay que poner T en grados Kelvin!
Si la temperatura ambiente es 0ºC, y mi contenedor se iguala
con ella, aun así tenemos 273ºK,
y por tanto U = 54.6 Wh/kg , por cada kg de aire en el contenedor.
Y eso, independientemente de la presión a la que esté.

Pero es que la energía interna no es la cantidad que nos
interesa. Sino la capacidad de hacer trabajo, W. Esa sí
depende de la presión.

lukiluke







lukiluke

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lukiluke

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Mensajes: 24
Alb, lo has explicado bastante bien, pero no todo el trabajo
de expansión proviene de la recuperación térmica.
Como dice jprebo perfectamente, hay dos componentes. Una es la
adiabática y otra la que le falta para convertirse en isoterma.
La primera es el trabajo que de todas maneras hace un pistón
cuando se expando aunque las paredes sean impermeables al
calor (como si fuera un muelle). La formula es
Wadiab = (p_fV_f-p_iV_i)/(0.4)
La otra parte es la que proviene de la recuperación térmica, debido
a que al expandirse se enfría, y traga calor. Si el
proceso fuese isotermo (es un límite ideal) el trabajo valdría
Wisot= nRT ln (p_f/p_i)
Bueno, formulas a parte, a groso modo, Wadiab viene a ser
la tercera parte de Wisot. Por lo tanto la recuperación térmica
es 2 veces la parte adiabática.

¿Estamos todos de acuerdo?

luke


lukiluke

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lukiluke

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lukiluke

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Alb

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Hola lukiluk.
Tienes razón con que en caso de que la expansion no sea isoterma ademas de extraer calor del entorno extraer calor de si mismo enfriandose.
Jprebo y Miguel tambien han estado acertados en sus comentarios, al respecto.
Me alegra ver que leis con atención lo que escribo y no se os escapa ni una..;)


PPP afirmas:
queremos saber la tasa a la que se pierde la energía acumulada en función del tiempo y de las características particulares del dispositivo que guarda el aire comprimido.


La respuesta ya te la hemos dado. NO SE PIERDE ENERGIA.
Puedes perder energia, en la compresion o en la expasion.En funcion de como realices este proceso. Pero no se pierde absolutamente nada de la energia almacenada en el deposito.

Si tenemos 1 kg de gas a 300 bares. Y lo enfriamos a -200 y lo volvemos a calentar a 2000ºC un millon de veces al dia. El trabajo que podemos extraer de ese kg de aire es exactamente el mismo hoy que dentro de un siglo. Solo depende de la temperatura en que se encuentre el gas en el momento de la expansion, de la presion atmosferica y de la forma en que realicemos la expansión.

Si analizas las formulas del trabajo producido por la expansion de un gas veras que la unica posibilidad de perder energia(o mejor dicho capacidad de generar trabajo) es la fuga del aire del recipiente(Que disminuya la cantidad de gas, n encerrado en la bombona ). Y estas fugas son despreciables para todos los gases con excepcion del hidrogeno.

Te empeñas en que no hay aislantes perfectos y que siempre hay fugas de calor. Cuando en el caso de la compresión de aire el problema es precisamente el contrario, que el calor no se fuga lo suficientemente rapido. Si el calor se fugara completamente, y se alcanzara de manera instantanea el equilibrio termico con el exterior, estariamos en el caso de compresion isoterma, maxima eficiencia energetica.

Los compresores lejos de ir aislados, van refrigerados para intentar que se pierda la maxima energia posible disipandose en forma de calor hacia el exterior.

a) No hay almacén gratuito ni perfecto de energía


Cierto, pero te recuerdo que el aire comprimido no almacena energia. Por lo que no puede perder algo que no tiene.

En una almacén de energia, como un volante cinetico, un condensador electrico, o la energia potencia del agua. Se utiliza un aporte de energia electrico, para llevar al sistema de un estado de menor energia a un estado con mayor energia. Este estado de alta energia no es estable y e sistema va decayendo con el tiempo al estado original. El condensador se va descargando, el volante de inercia se va frenando etc etc.

Pero el caso del aire comprimido es diferente. Como hemos explicado varias veces la energía del aire en independiente de su presión. El aire comprimido dentro de la botella a 300bares tiene la misma energia que el que se encuentra en el exterior.
No puede decaer a un estado mas bajo de energia por que ya se encuentra en ese nivel de energia.


Miguel, dice:"Lo que me ha preocupado más es lo que dice Alberto de que una bombona de aire comprimido a 300 bares contiene cero energía."
No te preocupes, que su energia sera cero (En relacion a la energia del aire atmosferico). No deja de ser una curiosidad si queremos ser rigurosos. En la practica como podemos sacar X trabajo de este aire a presion podemos considerar que tiene X energía.




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lukiluke

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Uf, que alivio, Alb, estaba empezando a deprimirme
pensando que era imposible entenderse.


Miguel, cómo podría tener acceso a ese artículo que mencionas. Me
interesa mucho. El motor 42 es el del cogenerador no? que raro
no? en las lineas que citas se habla de combustión. De que año
es el estudio?

lukiluke


lukiluke

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Alb

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Poco a poco vamso avanzando.

Ya que hemos aclarado esta cuestion me gustaria comentar la utilizad que veo al aire comprimido.

Hemos hablado mucho de la energia que pueden proporcionar las diferentes fuentes de energia, pero hemos dejado de lado otro aspecto que es casi tan importante, la potencia disponible.

Si observamos ¡enlace erróneo!a lo largo del dia vemos, que esta no es constante sino que oscila entre 21 y 32 GW(para hoy).

Por la ley de la oferta y la demanda, 1 kWh es mas valioso cuando hay muchas demanda, que cuando esta cae.
Por eso puede ser ventajoso acumular energia producida en los valles para consumirla en los picos. Y de esta manera reducir la oscilaciones del sistema productor de energia.

En este sentido la compresión de energia pudiera ser una manera de "almacenar" (lo pongo entre comillas por que como sabemos, de manera rigurosa no almacena energia). Para que sea util la disponibilidad de la energia debe compensar las perdidas por la Compresion-Expansion. Dicho de otra manera, puede que nos resulte mas util 1 kwh en un momento determinado que 2kwh en otro momento.

Hay muchos sistemas, industriales y domesticos donde resultaria util poder acumular energia para eliminar picos de consumo.

Por otra parte el sistema se puede integar para que ademas de acumular electricidad produzca calor y frio.

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PPP

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¡Qué dura es la vida!

P1*V1/t1 = P2*V2/t2

Si para un V constante, nos queda P1/t1 = P2/t2

Si P1 es 1 atmósfera y t1 son 25º Celsius, y me importa una higa si esa temperatura se da en Celsius, Fahrenheit o Kelvin absolutos.

Tengo un depósito de capacidad V y con la espita abierta y el aire del interior a 25 º Celsius y a 1 atmósfera, equilibrado con el exterior.

Si subo la presión de un gas en un depósito, realizando un trabajo W1 con una energía E1 externa y cierro la espita, sube la temperatura del gas dentro del cilindro, respecto de la que antes había. Esto es, las moléculas se golpean en el recinto con más fuerza, en su frenético meneo browniano. Esto es lo que desprendo de la fórmula universal que he puesto arriba y de la operación que he propuesto.

Ahora tenemos t2 dentro a 300 atmósferas en el instante de tiempo cero y dentro del volumen V. Y t2 es mayor que t1. Si vuelvo a sacar (descomprimir) el gas un milisegundo después, ya no podré desarrollar W1, sino W2, que será siempre menor que W1, porque me lo dice la ley de la termodinámica y no hay cosas perfectas en este mundo, aunque seguramente podré producir un trabajo cercano al que me costó comprimir el gas.

Supongamos que no quiero sacar el gas del interior, que está a 300 atmósferas y t2 de temperatura en el instante de tiempo cero. ¿Qué pasará con t2, seguirá constante o caerá con el tiempo, hasta llegar a los 25 º Celsius del exterior? (suponiendo una temperatura agradable y constante durante toda la vida)

Si ese gas pierde calor, a través de las paredes del depósito y con el paso del tiempo ¿no pierde energía con el calor que se difumina, sea por convección o por conducción? ¿No hay transferencia de energía? ¿Qué pasa con el cociente P2/t2 si t2 va disminuyendo?

Debo hablar en chino o leer en japonés, porque no entiendo a Alb ni a Lukiluke, ni consigo que me entiendan. Y cuando leo que
El aire comprimido dentro de la botella a 300 bares tiene la misma energía que el que se encuentra en el exterior
, no puedo reprimir mi estupor. El aire ni tiene ni deja de tener energía, si no es respecto a algo.

Pero no desearía ni a Alb ni a Lukiluke que si llevan a la espalda aire a 300 atmósferas en una bombona y están en la atmósfera, es decir, en su vida cotidiana, que alguien, por accidente, pinchase y rompiese la bombona, aunque no contuviese ninguna energía (potencial respecto de algo siempre) dentro.

Saludos

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Alb

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Mensajes: 2195
Hola PPP

Veo que vamos de mal en peor...No solo no he conseguido que veas que es posible que alguna fuente de energia tenga una TRE mayor que 1, sino que ahora ni siquiera soy capaz de explicarte la ley de los gases ideales. Y eso que cuento con ayuda...

Te sigues empeñando en que pierde calor. Ya lo se. De hecho los compresores se diseñan para que pierdan todo el calor posible. Se utilizan materiales que sean buenos conductores de calor, se amplia el area de intercambio de calor añadiendo aletas, se comprime en varias etapas intercalando etapas de enfriamiento. etc etc. ¿Por que te empeñas en decir que los compresores no estan suficientemente aislado?

Se puede comprimir un gas de infinitas formas, pero hay dos formas limite ideales:
*Adiabatica: el gas esta perfectamente aislado del exterior y por tanto no cede nada de calor al exterior.

*Isoterma: el gas esta en equilibrio termico con el exterior y por tanto toda la energia que recibe en forma de trabajo la disipa al exterior en forma de calor. Es decir no consigues meter nada de energia en la botella por que pierdes todo lo que metes.

Entre estas dos situaciones limite ideales, se encuentran los compresores reales, que pierden calor pero no todo.

En contra de lo que piensas, los diseñadores de compresores intentan aproximarse a la situacion isoterma, es decir a la que mas calor pierde. La razón es sencilla, esta forma require un minimo de energia para comprimir el gas.
En esta situacion ideal, el aire comprimido en el deposito se encuentra en equilibrio termico con el entorno, y si se expande isotermicamente se recupera el 100% del trabajo.

Si comprimes el aire de manera adiabatica. Todo el trabajo que proporciones se trasformará en energia y producira una aumento en la temperatura del aire. El trabajo necesario para meter la misma cantidad de aire en la misma botella sea mayor que en el caso anterior, por que ahora se necesitara alcanzar una mayor presion ya que el gas esta a una temperatura mayor. Una vez comprimido el gas ira perdiendo calor con el tiempo hasta alcanzar el equilibrio termico. En ese momento se encuentra en la misma estado que si se hubiera comprimido isotermicamente, solo que se ha gastado mas energia. Por eso la recuperacion teorica no sera mucho menor del 100%.

En los sistemas reales todo lo que aumente de temperatura el gas, es energia de mas que estas aportando. Y que no sirve de nada por que se perdera cuando el deposito llegue al equilibrio con el entorno. Por eso las compresiones reales no tienen un rendimiento del 100%.

Si por ejemplo tienes un comprensor con una eficiencia del 70% significa que un 30% de la energia acabara en forma de calor dentro del deposito y se acabara disipando en la atmosfera. Por eso no cuentas con esa energia. La consideras una perdida del proceso de compresion, aunque la podrias recuperar si lo expandes suficientemente rapido. Por ejemplo en el motor de aire consideran que cuando utilizas el coche ya ha pasado el suficiente tiempo para que se haya perdido esta energia. Nadie (ni siquiera Negré) ha sido tan optimista para pensar en recuperar el calor debido a la compresion, siempre lo hemos dado por perdido.

Si para un V constante, nos queda P1/t1 = P2/t2

Si P1 es 1 atmósfera y t1 son 25º Celsius, y me importa una higa si esa temperatura se da en Celsius, Fahrenheit o Kelvin absolutos.


Si P1=1 atm
t1=1ºC
t2=-10ºC
entonces
¿P2=-10 Atmosferas?

Espero que al menos aqui te des cuenta de que estas equivocado. Si no ya lo doy por imposible.

El aire ni tiene ni deja de tener energía, si no es respecto a algo.


La energia interna para los gases ideales viene dada por:

U=nRT=PV
La temperatura en una escala absoluta, kelvin o Rankine, por que por convenio se toma como cero la energia del gas en el cero absoluto.

Por eso cuando el aire comprimido esta a la misma temperatura que el aire exterior su energia es la misma, o dicho de otra forma su energia respeco a la energi exterior es cero.

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Miguel

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Bueno, gracias a todos por las explicaciones, sean o no contrarias a la viabilidad energética del aire comprimido: son serias y sin demasiadas alusiones personales.

Pedro, comparativamente hablando, si Alb y Lukiluke llevan encima algunos cuantos litros de gasolina inflamable en la espalda, también corren ciertos riesgos. Y no digamos si llevan encima una célula de hidrógeno. Cuando haya que transportar el aire comprimido, habrá que hacerlo de una forma diferente a cuando el aire haya que acumularlo en un lugar fijo, por ejemplo bajo tierra. Y con la diferencia de precio del acero a la fibra de carbono.

No entiendo el juego y las fórmulas de la temperatura que dices, me consta que serán correctas. Pero yo, con mis escasos conocimientos, lo visualizo más como que el aire comprimido es un muelle, donde poco importan las pérdidas en calor y en frio. Esas son consecuencias que, con un poco de imaginación, se pueden aprovechar, pero son pérdidas, en cualquier caso.

Y en ese sentido enlazo con Alberto y con otra de las grandes preguntas sin contestar. ¿De un muelle podemos recuperar el 70 % de la energía que hemos utilizado para comprimirlo?. A lo mejor estoy diciendo una gran tontería, pero eso contestaría si del aire comprimido podemos recuperar, donde no haya pérdidas y en plan puro "muelle", un 70 % de la energía que se ha utilizado para comprimirlo.

Me ha hecho pensar mucho lo que has dicho:

Por eso puede ser ventajoso acumular energia producida en los valles para consumirla en los picos. . Por la ley de la oferta y la demanda, 1 kWh es mas valioso cuando hay muchas demanda, que cuando esta cae

Aunque no has sido el primero en pensar eso: muchos inversores han hecho cuentas de lo que supondría "comprar" por la noche y "vender" por el dia, con la diferencia de precio el kilovatio, me lo has hecho ver de forma distinta, como que esa podría ser una de las grandes posibilidades del aire comprimido, aun asumiendo las pérdidas que supongan sus traspasos energéticos. Si son al 70 % montamos una empresa y vamos a medias, no?

lukiluke, lo dicho por email. Tu me enseñas "patita blanca" y yo pido permiso. Creo que no habrá problema en enviarte el informe técnico, y a quien quiera por supuesto.

Bona nit a todos.

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jprebo

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Jodo, aquí estoy aprendiendo mas que en la escuela. Ahora entiendo por qué ese empeño en que el compresor pierda el calor lo mas rápidamente posible, al ir comprimiendo el piston un volumen dado de aire, este tiende a aumentar su Tº y por consiguiente tambien su presión ofreciendo una resistencia al avance del piston que luego se pierde en forma de calor, por lo que se necesita mayor energia para introducir un mismo volumen en un depósito, pero si el aire perdiese su incremento de Tº al mismo tiempo que se comprime, toda la energia necesaria para dicha compresión, seria el equivalente de la energia almacenada sin que despues pierda energia por la perdida de la Tº a traves de las paredes del depósito, que es a lo que se refiere PPP, ya que recien cargado el depósito a 300 bares, está a una Tº superior a la ambiente y al igualarse dicha Tº con la del exterior, la presión de 300 bares abrá bajado X en proporción de la disminución de Tº que tenderá a igualarse con la del medio ambiente.

Coñó, ¿por que no conducen el aire comprimido por el pistón, antes de llevarlo al depósito, por un circuito controlado por un par de valvulas antiretorno sumergido en agua que absorbe mucho mas rápidamente el calor que no enfriandolo por un circuito de aire?, Si yo pudiese montar una empresa para comprimir aire, la montaria junto a una gran masa de agua (mar, pantano, lago, rio o piscina), que seguramente estará a una Tº menor que la ambiental al medio dia en agosto en Almendralejo, lo que incrementaria del 70% de recuperación de energia que se a comentado a un 85% o 90% de recuperación, perdidas por rozamientos y efectividad del motor del compresor aparte.

Ala, si no está patentado, ya sabeis, pal que lo pille.

Un saludo y muchas gracias por las explicaciones, así se aprende.








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Miguel

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Alberto: te has adelantado con tu mensaje y no había visto el último post tuyo, perdón por duplicar mensaje, pero:

¿Estas diciendo lo que creo que estás diciendo?:

Por eso las compresiones reales no tienen un rendimiento del 100%.
Por eso la recuperacion teorica no sera mucho menor del 100%.

¿podría entonces ser un 70 %?. Dicho de otra forma para que hasta yo lo entienda: si requerimos X unidades de trabajo mecánico para comprimir aire en un sitio cerrado, ¿podríamos recuperar luego el 70 % de ese trabajo?. Si hinchamos un globo, ¿ese globo nos podría devolver el 70 % de la fuerza que hemos aplicado alli para hincharlo?. Y todo ello al márgen de las pérdidas o no que hubiera de calor y de mil y un rozamientos. Pero si es así puede que el aire comprimido sean más interesante de lo que parece a simple vista, ¿No?.

Me encantaría de verdad saber vuestra opinión a respecto. Quizá hemos adelantado más con los tres últimos mensajes que con todo el resto del foro. Yo veo tambien todas las pegas del aire comprimido, sobre todo si tenemos que hacer muchas transformaciones o utilizar la escasa electricidad que hay y que parece, como decis los que sabéis de eso, que aumentará. Pero si comprimimos aire con una noria en un rio, dia y noche, o utilizamos sobrantes en puntas de producción (solar, eólica, nuclear) ¿No puede ser un nuevo (y aprovechable) sistema de acumular y transportar algunas energías que ahora nos se aprovechan?.

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mihe

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Leyendo todos estos comentarios se me ocurre otra cosa, aunque no se si ya se esta aplicando en algun sitio.

Comprimes el aire en un interior a baja temperatura, y luego, si se pusiese directamente al sol(con medidas de seguridad suficientes para que no explote) y haces subir el aire 20º por ejemplo, ganarias un monton de energia ¿no?

Cuanta energia se ganaria en un deposito de 1 litro de volumen, a 300 bar, si se pasa de 20º a 40º ????

Alguien seria tan amable de echar el calculo ????? Yo no soy capaz de manejar las formulas con soltura.

Gracias por adelantado !


Socio nº 1 "Plataforma por el regreso de los emoticones" ;-)

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Miguel

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jprebo, tambien te me has "colao" y no he visto tu mensaje. No puedo más que contestarte:

El "coño" ese que se te ha escapado ha sido muy gráfico (a falta de emoticones). No he entendido el juego de temperaturas que comentas, ni tampoco creo que haga falta llegar a un 85 o 90 % de recuperación. ¿No te parece que recuperar un 70 % de un trabajo mecánico sería una gran novedad que hoy por hoy no es posible con otro sistema?. Dime tu, por favor, que es posible recuperar un 70 % del trabajo mecánico aplicado a un muelle o al aire al comprimirse. Porque si es así, la empresa la montamos ya. ¡Y nos hacemos una gira por Soria y nos forramos!. (Es una broma, claro). La verdad es que espero impaciente los comentarios de Alberto o de Pedro (y de todos of course) a respecto.


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Alb

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Si son al 70 % montamos una empresa y vamos a medias, no?


Si consigues un sistema que pueda recuperar el 70% del trabajo que introduzcas, me encargo de la finaciación.(No es broma)

Desgraciadamente no creo que el aire comprimido tenga ese rendimiento. Al 30% que se pierde en la compresion hay que sumarle otro 30% que se pierde en la expansion . luego tenemos un rendimiento del 0,7*0,7= 49%

Se pueden conseguir una compresion mas eficiente pero a costa de reducir la velocidad de compresion o aumenta la superficie de transferecia de calor, lo que se traduce en un mayor coste del equipo. Es decir que lo que ganas por un lado lo pierdes por otro.

Aun asi creo que el aire comprimido puede ser util en sistemas estaticos. y que es una idea que merece la pena estudiar y desarrollar.

Jprebo, veo que lo has entendido perfectamente. Tienes razón en que es refrigera mejor que agua, y loc compresores grandes y estaticos funcionan asi. Pero no se si has caido en la ventaja adicional que presenta refrigerar con agua, y es que obtienes una corriente de agua caliente.

Una posibilidad domestica seria. Comprimir por la noche cuando la electricidad es mas barata y hace mas frio. Refrigerar el compresor con agua. Obteniendo agua caliente o calefacion. Por el dia a una mayor temperatura descomprimir el aire(se podria buscar incluso aumentar su temperatura con paneles solares, pero dudo que merezca la pena). Y utilizar el aire frio como aire acondicionado.

En resumen ahorras dinero por que comprar la energia por la noche a un precio inferior, obtienes calefacion y aire acondicionado y sacas un poco de energia extra debido a la diferencia de temperaturas entre el dia y la noche. Ademas de proporcionar frente autonomia frente apagones.

La cuestión es si el ahorro permite amortizar el coste en equipo, mantenimiento etc etc.

Segun aumenten los precios de la energía, sera mas rentables estos sistemas. En principio yo creo que podrian ser viables grandes edificios como Hospitales, Hoteles, Aeropuertos.









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