El generador lineal de Mainspring es un avance significativo en la transición hacia una red eléctrica descarbonizada.
Con su capacidad para funcionar con una amplia gama de combustibles verdes, como biogás, amoníaco e hidrógeno, puede ofrecer una energía confiable y resistente a los caprichos del tiempo y el suministro de combustible.
Desarrollado y comercializado por Mainspring Energy, el generador lineal ya se ha instalado en decenas de emplazamientos y se espera que su uso se expanda en los próximos años.
La tecnología detrás de este generador lineal se originó en el Laboratorio de Sistemas Energéticos Avanzados de la Universidad de Stanford, donde el profesor de ingeniería mecánica Christopher Edwards planteó a algunos estudiantes de doctorado la pregunta de cómo convertir la energía de los enlaces químicos en trabajo útil de manera eficaz y práctica.
Después de explorar diversas alternativas, encontraron que comprimir una mezcla de combustible y aire era una forma efectiva de liberar la energía almacenada en los enlaces químicos sin chispa ni otra fuente de ignición.
La teoría detrás de la reacción de compresión sin llama es que la presión empuja las paredes hacia fuera con más fuerza de la necesaria para empujarlas hacia dentro al principio del ciclo. Una vez que estas paredes alcanzan su posición inicial, un nuevo lote de combustible y aire fluye hacia dentro, comenzando el proceso de nuevo.
En 2008, se construyó un dispositivo capaz de medir la eficiencia de la reacción y en 2010, se fundó Mainspring Energy para construir un sistema del mundo real que pudiera generar electricidad a un costo razonable.
Los generadores que utilizan esta reacción se han construido antes en laboratorios de investigación, pero estaban limitados por la dificultad de controlar la compresión óptima de la mezcla para iniciar la reacción. El LEM (motor eléctrico lineal) en el generador de Mainspring Energy ajusta automáticamente la compresión en todo el rango de carga para mantener la reacción óptima, desde el ralentí hasta la plena potencia, para seguir la demanda. Este sistema proporciona la cantidad justa de compresión para garantizar la eficiencia de la reacción.
Generador lineal.
El generador lineal es una máquina que se utiliza para generar energía eléctrica a partir de una reacción química controlada.
A diferencia de los motores convencionales que operan con una cantidad fija de compresión, el generador lineal puede adaptarse a los cambios en la compresión requerida para controlar la reacción y proporcionar la cantidad exacta de energía necesaria en cada momento.
La máquina consiste en una serie de conjuntos cilíndricos dispuestos en línea, dentro de un marco en forma de caja. En el centro se encuentra la cámara de reacción, donde se mezclan el combustible y el aire, y a ambos lados hay una máquina electromagnética lineal (LEM) que convierte el empuje de la presión directamente en energía eléctrica. En cada extremo del generador hay una cámara cilíndrica llena de aire que actúa como muelle para hacer rebotar la parte móvil de la LEM hacia el centro.
El LEM consta de una parte móvil, el traductor, y una parte estacionaria, el estator. El traductor es un tubo largo y recto con imanes permanentes de neodimio fijados al perímetro cerca del centro, y una placa final cubre cada tubo traductor y lo sella a la superficie interior de la cámara de reacción. El extremo tapado del traductor realiza la compresión real, como lo haría el pistón en un motor, pero su diseño es muy diferente. El estator es una serie de bobinas de cobre. Cuando el traductor se mueve hacia delante y hacia atrás dentro de las bobinas, los imanes generan corriente que alimenta un bus de corriente continua de 800 voltios.
A diferencia de los motores convencionales, es capaz de adaptarse a los cambios en la compresión requerida y funciona con una amplia gama de combustibles sin comprometer su rendimiento.
El generador lineal que hemos diseñado tiene la capacidad única de ajustar automáticamente la compresión del combustible a través de las bobinas del LEM para mantener el proceso de reacción óptimo en todo el rango de carga. Gracias a esta capacidad, nuestro generador puede operar de manera eficiente utilizando una amplia gama de combustibles diferentes, desde gas natural hasta hidrógeno y amoníaco, sin comprometer su rendimiento.
Además, el diseño simétrico de la máquina, con dos traductores reunidos en un solo cilindro central, elimina la necesidad de un tren de válvulas convencional del motor, lo que reduce las pérdidas por transferencia de calor a casi la mitad. En definitiva, nuestro generador lineal es una máquina altamente eficiente y confiable que puede adaptarse a las necesidades de energía de cualquier edificio o instalación, y funcionar con una variedad de combustibles diferentes.
Mainspring Energy
Prototipo.
El diseño incorpora una cámara de aire en cada extremo del generador que almacena energía durante la expansión del ciclo de los traductores y la recupera durante la compresión. Además, se utiliza una pequeña cantidad de aire a presión para alimentar cojinetes neumáticos que reducen la fricción. El primer prototipo produjo solo 1 kW de energía, pero demostró que el diseño funcionaba.
Posteriormente, se construyó una versión más grande de 50 kW que presentó problemas de «crujidos» y de rozamiento entre el traductor y la pared del cilindro. Después de meses de pruebas y ajustes, se desarrolló un conjunto único de anillo de sellado de carbono que permitió el funcionamiento a plena potencia durante cientos de horas.
Lograr que el generador lineal sea asequible fue un desafío que enfrentamos. Aunque esta tecnología utilizaba menos piezas que los motores o las turbinas y no requería un costoso catalizador como las pilas de combustible, aún tuvimos que diseñar el paquete, la ingeniería para la fabricación a gran escala y establecer la cadena de suministro. Finalmente, decidimos producir un producto que consistiría en dos generadores lineales uno al lado del otro para una potencia total de 230 kW. Cometimos algunos errores por el camino, como cuando intentamos reducir el costo de la fijación física del conjunto de imanes al tubo traductor, pero logramos solucionarlos. En junio de 2020, en plena pandemia de COVID, entregamos nuestro primer generador lineal de producción del mundo a un cliente de pago que formaba parte de una cadena minorista nacional. Desde entonces, hemos entregado unidades a una tienda Kroger en California y a un almacén frigorífico de Lineage Logistics. Hemos optimizado el generador para funcionar con gas natural, aunque también puede funcionar con hidrógeno, amoníaco y biogás renovable. Vemos nuestro generador lineal como la piedra angular de una red con cero emisiones de carbono debido a su flexibilidad única y su capacidad para manejar casi cualquier escala de potencia y combustible. Estamos trabajando en versiones más grandes para operaciones a gran escala, y todas utilizarán la misma tecnología básica sin cambios radicales de diseño. Creemos que hemos respondido a la pregunta que planteó el profesor Edwards hace 20 años sobre la forma más eficaz y práctica de convertir la energía de los enlaces químicos en trabajo útil: es el generador lineal.
Mainspring Energy
Más información: www.mainspringenergy.com
jose luis dice
La producción de la energía electrica, es una de las cuestiones fundamentales para la vida. pero el sistema actual, es insostenible por las pérdidas y sus consecuencias medioambientales.
en mi investigación, pongo en situación la producción de energía inagotable, con la aplicación de la nueva ley (1+1) o (1+n) según su configuración, siendo sostenible, barata y limpia.