Elevador de niebla

La bomba de elevación por niebla , flujo de niebla o elevación por vapor es una técnica de elevación por gas que se utiliza en la conversión de energía térmica oceánica (OTEC), donde el agua que cae acciona una turbina hidroeléctrica. El agua se bombea desde el nivel al que cae mediante vapor ascendente, que se combina en un flujo multifásico . ^{[ 1 ]} Independientemente de la producción de energía, la técnica puede utilizarse simplemente como una bomba de energía térmica para elevar agua de mar desde profundidades para usos no especificados. ^{[ 2 ]}

Como en otros esquemas OTEC de ciclo abierto, la técnica implica hervir agua de mar a baja presión atmosférica . El esquema puede adoptar muchas formas, por lo que, a modo de ilustración, se describirá una forma particular y una sección posterior enumerará detalles de formas alternativas. El requisito previo para la elevación por niebla es que exista un gradiente térmico significativo. Normalmente, se espera que el agua superficial caliente esté cerca de 25 °C (77 °F) . El agua fría de las profundidades debe estar en las proximidades de 5 °C (41 °F) . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Un conjunto común de realizaciones utiliza un recipiente flotante de hormigón, la mayor parte del cual está sumergido bajo la superficie. Grandes volúmenes de agua de mar superficial caliente caen por gravedad desde una altura considerable, como 100 metros (330 pies), para generar electricidad a partir de una turbina hidroeléctrica en la base de la estructura. La "elevación por niebla" recibe su nombre de la técnica de elevación por gas utilizada para bombear el agua de vuelta fuera de la estructura. Debido al vacío parcial dentro de la estructura, el agua de mar superficial caliente hierve, creando grandes volúmenes de vapor ascendente. Entre los 10 y los 20 metros de altura, se proyectan chorros de agua de mar fría hacia arriba, contrayendo rápidamente el vapor y creando así una presión significativamente menor en la parte superior de la estructura que en la base. Esto provoca que la "niebla" multifásica de vapor y agua se eleve a gran velocidad hasta la parte superior de la estructura, donde sale. ^{[ 1 ] [ 5 ]}      

• En las formas terrestres, el agua se eleva hasta una torre y cae para impulsar la turbina. ^{[ 1 ]}
• El flujo multifásico puede superar los problemas de fricción de los diseños de cilindros si el chorro de líquido frío se envía hacia arriba a través del centro del cilindro. El vapor contraído es arrastrado hacia el centro del cilindro, reduciendo el contacto entre las porciones de mayor densidad del flujo y las paredes del cilindro. ^{[ 2 ]}
• La altura de la estructura puede variar mucho, y las alturas más altas se correlacionan con mayores rendimientos. La patente original de Ridgway requería una estructura de 50 metros (160 pies) . 
• De forma similar a las bombas de elevación de aire, el flujo multifásico puede adoptar la forma no solo de una niebla, sino también de una mezcla espumosa de burbujas como lo imaginó Earl Beck ^{[ 6 ].}
• Los flujos multifásicos con burbujas tienden a reventar al ascender, lo que reduce el rendimiento de la bomba. Este efecto puede mitigarse mediante el uso de un agente espumante, como un detergente, tal como propusieron Zener y Fetkovich ^{[ 3 ] [ 7 ].}
• El ascensor se puede separar en dos etapas que teóricamente pueden generar 800 kilovatios por metro cúbico por segundo de agua fría. ^{[ 5 ]}

Detalles comunes en los diseños de Ridgway

• Una bomba de vacío mantiene una presión de 2400 pascales (0,35 psi) en la base de la estructura. 
• Los chorros de agua fría crean una presión más baja de 1200 pascales (0,17 psi) a mitad de la estructura. 
• El agua de entrada se filtra y desairea para eliminar los gases y así mejorar el rendimiento de ebullición. ^{[ 4 ]}
• Las gotitas de niebla del rango de 200 micrómetros pueden ser elevadas hasta 50 metros por su propio vapor generado por la vaporización instantánea. ^{[ 8 ]}

• Si la turbina entra en funcionamiento después de que se levanta la niebla de agua, puede haber una gran cantidad de microburbujas que podrían causar una cavitación excesiva del rotor de la turbina. ^{[ 6 ]}
• Si se utiliza una estructura sumergida, el costo de la cámara sumergida podría representar hasta el 40 por ciento del costo de la planta debido a la resistencia y el volumen requeridos. Una cámara de gran volumen es necesaria para que los flujos de alta velocidad asciendan sin fricción excesiva. Si la estructura es de gran volumen y está sumergida a 100 metros, debe ser lo suficientemente resistente para soportar el peso del océano a esa profundidad. ^{[ 2 ]}

El sistema Mist Lift, que utiliza diferencias de temperatura térmica, no requiere bombas ni intercambiadores de calor de gran tamaño como otros tipos de OTEC. En sistemas cerrados, el coste de los intercambiadores representa el mayor gasto de la planta OTEC; una planta de 100 MW requiere 200 intercambiadores del tamaño de contenedores de transporte de 20 pies. ^{[ 9 ]}

En 2010, Makai Ocean Engineering fue contratada para construir modelos informáticos que evaluaran si una planta de generación de energía por elevación de niebla sería competitiva con los enfoques OTEC dominantes que estaban desarrollando los investigadores. El estudio estimó que una planta de generación de energía por elevación de niebla podría ser entre un 17 % y un 37 % más barata que una planta de ciclo cerrado. ^{[ 10 ]} En las plantas de flujo de niebla sumergidas, cerca del 40 % del costo se destina a la creación de un recipiente a presión suficientemente resistente. ^{[ 2 ]}

• Prácticas de ingeniería oceánica