Un convertidor magnetohidrodinámico ( convertidor MHD ) es una máquina electromagnética sin partes móviles que involucra magnetohidrodinámica , el estudio de la cinética de fluidos eléctricamente conductores ( líquido o gas ionizado) en presencia de campos electromagnéticos . Dichos convertidores actúan sobre el fluido utilizando la fuerza de Lorentz para operar de dos formas posibles: ya sea como un generador eléctrico llamado generador MHD , extrayendo energía de un fluido en movimiento; o como motor eléctrico llamado acelerador MHD o impulsión magnetohidrodinámica , que pone en movimiento un fluido inyectando energía. Los convertidores MHD son, de hecho, reversibles, como muchos dispositivos electromagnéticos. [1]
Michael Faraday intentó probar por primera vez un convertidor MHD en 1832. Los convertidores MHD con plasmas fueron muy estudiados en las décadas de 1960 y 1970, con muchos fondos gubernamentales y conferencias internacionales dedicadas . Una aplicación conceptual importante fue el uso de convertidores MHD en el gas de escape caliente en una central eléctrica de carbón , donde se podía extraer parte de la energía con una eficiencia muy alta y luego pasarla a una turbina de vapor convencional . La investigación casi se detuvo después de que se consideró que la inestabilidad electrotérmica limitaría severamente la eficiencia de tales convertidores cuando se utilizan campos magnéticos intensos, [2] aunque pueden existir soluciones. [3] [4] [5] [6]
![Convertidores magnetohidrodinámicos de campo cruzado (tipo Faraday lineal con electrodos segmentados). A: generador MHD. B: acelerador MHD.](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/4/4c/MHD_converters_%28generator_and_accelerator%29.svg/512px-MHD_converters_%28generator_and_accelerator%29.svg.png)
(tipo Faraday lineal con electrodos segmentados)
Generación de energía MHD
Un generador magnetohidrodinámico es un convertidor MHD que transforma la energía cinética de un fluido eléctricamente conductor, en movimiento con respecto a un campo magnético estable, en electricidad . La generación de energía MHD se ha probado ampliamente en la década de 1960 con metales líquidos y plasmas como fluidos de trabajo. [7]
Básicamente, un plasma se precipita hacia abajo dentro de un canal cuyas paredes están provistas de electrodos. Los electroimanes crean un campo magnético transversal uniforme dentro de la cavidad del canal. La fuerza de Lorentz actúa sobre la trayectoria de los electrones entrantes y los iones positivos, separando los portadores de carga opuestos según su signo. Como las cargas negativas y positivas están separadas espacialmente dentro de la cámara, se puede recuperar una diferencia de potencial eléctrico a través de los electrodos. Mientras que el trabajo se extrae de la energía cinética del plasma de alta velocidad entrante, el fluido se ralentiza durante el proceso.
Propulsión MHD
Un acelerador magnetohidrodinámico es un convertidor MHD que imparte movimiento a un fluido eléctricamente conductor inicialmente en reposo, utilizando corriente eléctrica cruzada y campo magnético, ambos aplicados dentro del fluido. La propulsión MHD se ha probado principalmente con modelos de barcos y submarinos en agua de mar . [8] [9] También se están realizando estudios desde principios de la década de 1960 sobre las aplicaciones aeroespaciales de MHD a la propulsión de aeronaves y el control de flujo para permitir el vuelo hipersónico : acción en la capa límite para evitar que el flujo laminar se convierta en turbulento, mitigación de ondas de choque o cancelación de control y reducción del arrastre de onda y arrastre de forma, control del flujo de entrada y reducción de la velocidad del flujo de aire con una sección de generador MHD delante de un scramjet o turborreactor para extender sus regímenes a números Mach más altos, combinado con un acelerador MHD en la boquilla de escape alimentada por Generador MHD mediante sistema de bypass. También se llevan a cabo investigaciones sobre varios diseños de propulsión electromagnética de plasma para la exploración espacial . [10] [11] [12]
En un acelerador MHD, la fuerza de Lorentz acelera todos los portadores de carga en la misma dirección sea cual sea su signo, así como los átomos neutros y moléculas del fluido a través de colisiones. El líquido se expulsa hacia atrás y, como reacción, el vehículo acelera hacia adelante.
Ver también
- Plasma (física)
- Lista de artículos sobre plasma (física)
- Fuerza de Lorentz
- Inestabilidad electrotérmica
Referencias
- ^ Petit, Jean-Pierre (1983). La barrera del silencio (PDF) . Las aventuras de Archibald Higgins. Savoir Sans Frontières.
- ^ Velikhov, EP; Dykhne, AM; Shipuk, I. Ya (1965). Inestabilidad de ionización de un plasma con electrones calientes (PDF) . VII Congreso Internacional sobre Fenómenos de Ionización en Gases. Belgrado, Yugoslavia.
- ^ Shapiro, GI; Nelson, AH (12 de abril de 1978). "Estabilización de la inestabilidad de la ionización en un campo eléctrico variable". Pis'ma V Zhurnal Tekhnischeskoi Fiziki . 4 (12): 393–396. Código Bibliográfico : 1978PZhTF ... 4..393S .
- ^ Murakami, T .; Okuno, Y .; Yamasaki, H. (diciembre de 2005). "Supresión de la inestabilidad de la ionización en un plasma magnetohidrodinámico por acoplamiento con un campo electromagnético de radiofrecuencia" (PDF) . Letras de Física Aplicada . 86 (19): 191502-191502.3. Código Bibliográfico : 2005ApPhL..86s1502M . doi : 10.1063 / 1.1926410 .
- ^ Petit, J.-P .; Geffray, J. (junio de 2009). "Inestabilidades plasmáticas de no equilibrio" . Acta Physica Polonica A . 115 (6): 1170-1173. Código bibliográfico : 2009AcPPA.115.1170P . doi : 10.12693 / aphyspola.115.1170 .
- ^ Petit, J.-P .; Doré, J.-C. (2013). "Cancelación de la inestabilidad electrotérmica de Velikhov por una modificación del valor de conductividad eléctrica en una serpentina por confinamiento magnético" . Acta Polytechnica . 53 (2): 219-222.
- ^ Haines, MG; McNab, IR (1974). "Dinámica de potencia magnetohidrodinámica" (PDF) . Física en Tecnología . 5 (4): 278–300. Código Bibliográfico : 1974PhTec ... 5..278H . doi : 10.1088 / 0305-4624 / 5/4 / I03 .
- ^ Dane, Abe (agosto de 1990). "Buques a reacción a 100 mph" (PDF) . Mecánica popular . págs. 60–62 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
- ^ Normile, Dennis (noviembre de 1992). "La superconductividad se hace a la mar" (PDF) . Ciencia popular . Bonnier Corporation. págs. 80–85 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
- ^ Sherman, A. (enero de 1963). Propulsión magnetohidrodinámica (PDF) (Informe). Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Parámetro desconocido
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ignorado ( ayuda ) - ^ Carter, AF; Weaver, WR; Mcfarland, DR; Wood, GP (diciembre de 1971). Desarrollo y características operativas iniciales de la instalación de acelerador de plasma lineal de 20 megavatios (PDF) (Informe). Centro de Investigaciones Langley: NASA. hdl : 2060/19720005094 . Parámetro desconocido
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ignorado ( ayuda ) - ^ Litchford, Ron J .; Lineberry, John T. (mayo de 2008). Experimento de propulsión aumentada magnetohidrodinámica . Reunión Técnica Anual. Yamanakako, Japón: Japan MHD Society. hdl : 2060/20080033025 .
Otras lecturas
- Sutton, George W .; Sherman, Arthur (julio de 2006). Ingeniería Magnetohidrodinámica . Dover Ingeniería Civil y Mecánica. Publicaciones de Dover. ISBN 978-0486450322.
- Weier, Tom; Shatrov, Victor; Gerbeth, Gunter (2007). "Control de flujo y propulsión en conductores deficientes". En Molokov, Sergei S .; Moreau, R .; Moffatt, H. Keith (eds.). Magnetohidrodinámica: evolución histórica y tendencias . Springer Science + Business Media. págs. 295–312. doi : 10.1007 / 978-1-4020-4833-3 . ISBN 978-1-4020-4832-6.