Hispanopedia WikiUn convertidor magnetohidrodinámico ( convertidor MHD ) es una máquina electromagnética sin partes móviles que involucra magnetohidrodinámica , el estudio de la cinética de fluidos conductores de electricidad ( líquido o gas ionizado) en presencia de campos electromagnéticos . Tales convertidores actúan sobre el fluido utilizando la fuerza de Lorentz para operar de dos formas posibles: o bien como un generador eléctrico llamado generador MHD , extrayendo energía de un fluido en movimiento; o bien como un motor eléctrico llamado acelerador MHD o accionamiento magnetohidrodinámico , poniendo un fluido en movimiento inyectándole 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 que involucran plasmas fueron ampliamente estudiados en los años 1960 y 1970, con mucha financiación gubernamental y conferencias internacionales dedicadas . Una aplicación conceptual importante fue el uso de convertidores MHD en el gas de escape caliente en una planta de energía a carbón , donde podría 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]
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(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 constante, 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 equipadas con electrodos. Los electroimanes crean un campo magnético transversal uniforme dentro de la cavidad del canal. La fuerza de Lorentz actúa entonces 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 se extrae trabajo de la energía cinética del plasma entrante de alta velocidad, el fluido se ralentiza durante el proceso.
Propulsión MHD
Un acelerador magnetohidrodinámico es un convertidor MHD que imparte movimiento a un fluido conductor de electricidad inicialmente en reposo, utilizando una corriente eléctrica cruzada y un 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 aplicaciones aeroespaciales de MHD para 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 vuelva turbulento, mitigación o cancelación de ondas de choque para el control térmico y la reducción de la resistencia de la onda y la resistencia 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 estatorreactor o turborreactor para extender sus regímenes a números de Mach más altos, combinado con un acelerador MHD en la boquilla de escape alimentada por el generador MHD a través de un sistema de derivación. También se realizan investigaciones sobre varios diseños de propulsión de plasma electromagnético para la exploración espacial . [10] [11] [12] [13]
En un acelerador MHD, la fuerza de Lorentz acelera a todos los portadores de carga en la misma dirección, sea cual sea su signo, así como a los átomos y moléculas neutros del fluido mediante colisiones. El fluido es expulsado hacia atrás y, como reacción, el vehículo acelera hacia adelante.
Véase también
- Plasma (física)
- Fuerza de Lorentz
- Inestabilidad electrotérmica
- Vehículo aéreo electromagnético sin alas
Referencias
- ^ Petit, Jean-Pierre (1983). La barrera del silencio (PDF) . Las aventuras de Archibald Higgins. Saber sin fronteras.
- ^ Velikhov, EP; Dykhne, AM; Shipuk, I. Ya (1965). Inestabilidad de ionización de un plasma con electrones calientes (PDF) . 7.ª Conferencia Internacional sobre Fenómenos de Ionización en Gases. Belgrado, Yugoslavia.
- ^ Shapiro, soldado; Nelson, AH (12 de abril de 1978). "Estabilización de la inestabilidad de 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 mediante acoplamiento con un campo electromagnético de radiofrecuencia" (PDF) . Applied Physics Letters . 86 (19): 191502–191502.3. Código Bibliográfico :2005ApPhL..86s1502M. doi :10.1063/1.1926410.
- ^ Petit, JP; Geffray, J. (junio de 2009). "Inestabilidades del plasma fuera del equilibrio". Acta Física Polonica A. 115 (6): 1170-1173. Código Bib : 2009AcPPA.115.1170P. doi : 10.12693/aphyspola.115.1170 .
- ^ Petit, J.-P.; Doré, J.-C. (2013). "Cancelación de la inestabilidad electrotérmica de Velikhov mediante una modificación del valor de conductividad eléctrica en un streamer por confinamiento magnético". Acta Polytechnica . 53 (2): 219–222. doi : 10.14311/1765 . hdl : 10467/67041 .
- ^ Haines, MG; McNab, IR (1974). "Dinámica de potencia magnetohidrodinámica" (PDF) . Física en tecnología . 5 (4): 278–300. Bibcode :1974PhTec...5..278H. doi :10.1088/0305-4624/5/4/I03.
- ^ Dane, Abe (agosto de 1990). «100 mph Jet Ships» (PDF) . Popular Mechanics . pp. 60–62 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
- ^ Normile, Dennis (noviembre de 1992). "Superconductivity goes to sea" (PDF) . Popular Science . Bonnier Corporation. págs. 80–85 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
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- ^ Litchford, Ron J.; Lineberry, John T. (mayo de 2008). Experimento de propulsión aumentada magnetohidrodinámica . Reunión técnica anual. Yamanakako, Japón: Sociedad Japonesa de Propulsión Aumentada por Magnetohidrodinámica. hdl : 2060/20080033025 .
- ^ Roy, Subrata; Arnold, David; Lin, Jenshan; Schmidt, Tony; Lind, Rick; et al. (20 de diciembre de 2011). Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea; Universidad de Florida (eds.). Demostración de un vehículo aéreo electromagnético sin alas (PDF) (Informe). Centro de Información Técnica de Defensa. ASIN B01IKW9SES. AFRL-OSR-VA-TR-2012-0922. Archivado (PDF) desde el original el 17 de mayo de 2013.
Lectura adicional
- Sutton, George W.; Sherman, Arthur (julio de 2006). Ingeniería magnetohidrodinámica . Ingeniería civil y mecánica de Dover. Publicaciones de Dover. ISBN 978-0486450322.
- Weier, Tom; Shatrov, Victor; Gerbeth, Gunter (2007). "Control de flujo y propulsión en malos conductores". 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.