Electromagnetísmo

Magnetohidrodinámica

La magnetohidrodinámica (MHD) es la disciplina académica que estudia la dinámica de fluidos conductores de electricidad en presencia de campos eléctricos y magnéticos. Ejemplos de tales fluídos incluyen plasmas, los metales líquidos y el agua salada. El término magnetohidrodinámica deriva de magneto-, que significa campo magnético, hidro-, que significa líquido, y dinámica, que significa movimiento. El concepto de magnetohidrodinámica fue utilizado inicialmente en 1942 por Hannes Alfvén,¹ trabajo por el cual recibió elPremio Nobel de Física en 1970.- ..................................................................:https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetohidrodin%C3%A1mica&printable=yes

La tecnología magnetohidrodinámica para generar energía

La generación de energía magnetohidrodinámica proporciona una forma de generar electricidaddirectamente de un fluido moviéndose con rapidez o sin la necesidad de partes mecánicas móviles - sin turbinas ni generadores rotatorios. Varios proyectos MHD se iniciaron en los años 60 pero fueron superados por los desafíos técnicos de ya que los sistemas prácticos resultaron ser muy caros. Consecuentemente el interés languideció en favor de la energía nuclear que en aquellos años parecía ser una opción más atractiva.

La generación de energía MHD también se ha estudiado como un método para extraer energía eléctrica de los reactores nucleares y también de sistemas de combustión de combustibles másconvencionales.

Principio de trabajo

El generador MHD puede considerarse como una dinamo de un fluido. Es similara a una dinamo mecánica en la que el movimineto de un conductor de metal a través de un campo magnético crea una corriente en el conductor excepto que en el generador MHD el conductor metálico es reemplazado por un plasma de gas conductor.

Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético crea un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y la dirección del movimiento del conductor. Éste es el principio, descubierto por Michael Faraday, que está detrás de un generador de electricidad rotatorioconvencional.

El flujo (movimiento) del plasma conductor a través del campo magnético genera un voltaje (y una corriente asociada al flujo) a través del plasma, perpendicular tanto al flujo del plasma como al campo magnético.

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El sistema MHD

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El generador MHD necesita una fuente de gas a alta temperatura, que puede ser el refrigerante de un reactor nuclear o más probablemente los gases de combustión generado por combustibles fósiles, incluyendo carbón, en una cámara de combustión.

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La tobera de expansión reduce la presión del gas y consecuentemente incrementa la velocidad del plasma a través del conducto del generador para incrementar la salida de potencia.

ecuaciones básica de la magnetohidrodinámica .- .....................................:http://www.academia.edu/6806201/Ecuaciones_B%C3%A1sicas_de_la_Magnetohidrodin%C3%A1mica

Propulsión Magnetohidrodinámica:

Cuando se nombra la propulsión MHD, se viene a la mente la película “Caza al Octubre Rojo” escrita por Tom Clancy, en la cual utiliza un sistema de esta tecnología para propulsar un submarino de la marina soviética, que tenia que hacer pruebas de la “oruga”, que era un sistema de propulsión para esta nave, que era súper silencioso, y lo que teóricamente los submarinos de su contraparte escuchaban era desplazamiento de magma.Lo cierto que este fenómeno existe, y al parecer funciona en las primeras pruebas en barcos, y es muy prometedor, no solo para propulsión naval, sino innumerables aplicaciones importantísimas.

El principio de la propulsión MHD no es muy complicado: Una partícula cargada eléctricamente si se mueve a través de un campo magnético, sufre una fuerza. La fuerza es: F = I x B = qv x B F = Fuerza q = Partícula v = Velocidad de la partícula B = Intensidad del Campo Magnético

Cuando “q” y “v” son la partícula cargada y la velocidad (I = Intensidad de corriente), y “B” es la aplicación del campo magnético, el resultado es una fuerza perpendicular a la dirección de la partícula y el campo magnético, en la dirección que se puede visualizar en el gráfico. Si construimos un dispositivo en el cual el conductor por el que circula la corriente es un fluido, por ejemplo, el agua de mar (“hidro”), se produce el movimiento (“dinámico”) del agua de mar, debido a la interacción del campo magnético (“magneto”) y a la corriente que circula por el agua. A este dispositivo le llamamos motor magnetohidrodinámico.Los motores magnetohidrodinámicos clásicos trabajan con campos eléctricos y magnéticos constantes con el tiempo (corriente continua) como se puede ver en la figura.

¿ = distancia L = longitud de los electrodos C = ancho de los electrodos La MHD provoca fenómenos electrolíticos en los electrodos que reducen drásticamente el rendimiento electromecánico, además de presentar dificultades tecnológicas al disolverse los electrodos y desprenderse gases procedentes de la electrólisis de los materiales afectados. El potencial del electrodo supone un valor fijo y no despreciable que reduce mucho el rendimiento eléctrico del motor. Introducir corrientes circulares en el seno del agua es uno de los objetivos, pues evitaría la caída de tensión en lo electrodos. Con ello se aumenta drásticamente el rendimiento eléctrico del motor. También se ahorra los problemas tecnológicos planteados por los electrodos. Establecer corrientes circulares en el seno del agua es una opción teóricamente posible, pero de la que no se encuentra literatura ni hay antecedentes de realizaciones prácticas.Hay que definir el comportamiento eléctrico del agua salada atravesada por corrientes circulares, cerradas sobre si mismas. También los estatores capaces de crear los campos magnéticos necesarios, así como analizar el comportamiento del agua en función de densidad de corriente, campo magnético, frecuencia, forma, deslizamiento, etc.

Definición y presentación:

La magnetohidrodinámica (M.H.D.) cubre todos los dominios donde un fluido conductor de la electricidad, el campo magnético “B” y el campo de la velocidad están acoplados. Este acoplamiento es debido a la interacción entre dos disciplinas que son el electromagnetismo y la hidrodinámica.Los fluidos afectados son numerosos. Se puede citar por ejemplo los electrolitos, los plasmas (gas de partículas ionizadas) y los metales líquidos. Los parámetros físicos (intensidad de las inducciones magnéticas y de los campos eléctricos, velocidad de circulación del fluido, presión, masa volumétrica, etc.) que intervienen dentro de estas técnicas pueden variar en varios órdenes de magnitud según las aplicaciones. Propulsión MHD Naval: La idea de utilizar las técnicas MHD para impulsar el agua del mar se hace posible gracias al valor no nulo de la conductividad eléctrica del agua de mar (0.22 ohm*m). De igual manera que las bombas o impulsores de sodio líquido (esto es para los reactores nucleares de metal líquido que también utilizan una bomba MHD, Faraday) es posible realizar las bombas o impulsores de agua de mar que impulsan por detrás la masa de agua aspirada por delante, creando de esta manera, por reacción, un efecto de propulsión. Los primeros estudios datan de los años 60 y tratan de la propulsión de los buques de superficie o de los submarinos. El desarrollo de la propulsión MHD se vio frenada por la necesidad de tener inducciones magnéticas importantes (+5 T; T = Tesla) dentro de grandes volúmenes (centenares de M3) para obtener un rendimiento interesante. Actualmente hay varios estudios en marcha debido al progreso de la superconductividad en el mundo.

Propulsión por Conducción MHD (Corriente Continua):

La propulsión MHD está basada en la interacción entre el campo magnético producido por lo inductores alimentados en corriente continua y el campo eléctrico generado por una diferencia de potencial (tensión eléctrica o sea un voltaje) entre dos electrodos dentro del agua de mar.

Configuración de propulsores MHD:

El objetivo de desarrollar fuerzas electromagnéticas propulsoras, se consigue mediante varias configuraciones geométricas: - Toroidal - Solenoidal - Bipolar - “Jaula de Ardilla” Las configuraciones deberán tener una buena homogeneidad del campo dentro de las partes activas del propulsor:Configuración Toroidal

Corte longitudinal de un propulsor con una configuración de doble solenoide

Esta configuración nos da una fuerza tangencial al solenoide interno, que se convierte en una fuerza axial, mediante unas paletas helicoidales dispuestas dentro del canal o espacio entre los dos solenoides.Corte de un propulsor con una configuración Dipolar.

Corte de un propulsor con una configuración “Jaula de Ardilla”.

Prototipo de Buque propulsado por MHD YAMATO 1:

El YAMATO 1, es el primer barco propulsado por magnetohidrodinámica, a través de superconductores eléctricos.Este barco fue construido con el propósito de verificar que actualmente tienen los superconductores en la propulsión MHD. Un comité llamado Superconducting MHD Propulsión Ship R&D Comité fue organizado por la Ship & Ocean Foundation en 1985 y le encomendo el desarrollo de este barco.El MHD de Superconducción, requiere enteramente un metodo diferente de manejo y operación, comparado con los sistemas de propulsión convencionales.

El sistema de propulsión esta compuesto por imán superconductor, llaves y control de corriente continua, unidad de refrigeración de helio, electrodos en los conductos de agua de mar, etc.El Imán superconductor, está compuesto por seis anillos con seis estructuras con bobinas superconductoras, en círculo (para combinar mutuamente los flujos magnéticos de cada uno de los seis bobinas) dentro de un recipiente de helio. Esquema básico de un Conducto Motor de los seis por Grupo Propulsor que tiene el YAMATO 1

Características de cada uno de los motores del Yamato1: Densidad del flujo Magnético 4 T' Conductividad del agua de mar 4 S/m Tensión entre electrodos 135 V Distancia entre electrodos 0,175 m Densidad de corriente entre la cara de los electrodos 4525 A/m2 Potencia Eléctrica absorbida 270 kW Fuerza Lorentz 1300 N Imagen de un grupo propulsor, de los dos que tiene, uno por banda.

Características del YAMATO 1 (de todo el buque en su conjunto) Fuerza Lorentz 15600 N Velocidad estimada del buque 5,39 m/s Desplazamiento 185 toneladas Potencia eléctrica absorbida 3240 kW Los conductos de los motores, que pasan el agua de mar por ellos, estan sujeto a la presión de mar y a las fuerzas electromagnéticas, es por ello que estos conductos requieren que sean de materiales con un buen aislamiento eléctrico, a raíz de los electrodos y la corriente que pasa, es por eso que estos estén hechos de resina epoxy GFRP.La base de metal de los electrodos esta hecha de Titanio, con el ánodo de DSA, y el cátodo de una placa de platino, y el largo de estos electrodos es de 3,4 m.

Principio de funcionamiento de los motores de Inducción Magnetohidrodinámicas, IMHD (Corriente Alterna):

El principio de funcionamiento de los IMHD se basa en la corriente alterna inducida en el secundario o rotor al igual que en las jaulas de ardilla. Así se evita el contacto eléctrico físico del rotor con su fuente de energía.De manera parecida a la clasificación que se hace con los motores rotativos en motores de corriente continua y en motores de corriente alterna de inducción, se podrían clasificar a los motores de inducción magnetohidrodinámicas MHD, como de motores de corriente continua y a los de inducción magnetohidrodinámica, IMHD como motores de corriente alterna o de inducción.Según la ley de Lenz, la dirección de las corrientes de Hedí (corrientes del secundario) se tiene que oponer al cambio que las produce. Por esta razón, las corrientes de Hedí tienen que producir polos magnéticos efectivos en el secundario, que son atraídos por los polos creados por el inductor del motor lineal, lo que ocasiona una fuerza de arrastre sobre el fluido.