Generador magnetohidrodinámico: dispositivo, principio de funcionamiento y finalidad

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

No todas las fuentes de energía alternativa en el planeta Tierra han sido estudiadas y aplicadas con éxito hasta el momento. Sin embargo, la humanidad se está desarrollando activamente en esta dirección y encontrando nuevas opciones. Uno de ellos era obtener energía del electrolito, que se encuentra en un campo magnético.

Efecto diseñado y origen del nombre

Los primeros trabajos en este campo se atribuyen a Faraday, quien trabajó en condiciones de laboratorio ya en 1832. Investigó el llamado efecto magnetohidrodinámico, o mejor dicho, buscaba una fuerza motriz electromagnética e intentó aplicarla con éxito. La corriente del río Támesis se utilizó como fuente de energía. Junto con el nombre del efecto, la instalación también recibió su nombre: un generador magnetohidrodinámico.

Este dispositivo MHD convierte directamente unaforma de energía en otra, a saber, mecánica en eléctrica. Las características de dicho proceso y la descripción del principio de su funcionamiento en su conjunto se describen en detalle en magnetohidrodinámica. El generador en sí recibió su nombre de esta disciplina.

Descripción de la acción del efecto

En primer lugar, debe comprender lo que sucede durante el funcionamiento del dispositivo. Esta es la única manera de entender el principio del generador magnetohidrodinámico en acción. El efecto se basa en la aparición de un campo eléctrico y, por supuesto, de una corriente eléctrica en el electrolito. Este último está representado por varios medios, por ejemplo, metal líquido, plasma (gas) o agua. De esto podemos concluir que el principio de funcionamiento se basa en la inducción electromagnética, que utiliza un campo magnético para generar electricidad.

Resulta que el conductor debe cruzarse con las líneas de fuerza del campo. Esta, a su vez, es una condición obligatoria para que los flujos de iones con cargas opuestas a las partículas en movimiento comiencen a aparecer en el interior del dispositivo. También es importante observar el comportamiento de las líneas de campo. El campo magnético construido a partir de ellos se mueve dentro del propio conductor en dirección opuesta a aquella en la que se encuentran las cargas iónicas.

Definición e historia del generador MHD

La instalación es un dispositivo para convertir la energía térmica en energía eléctrica. Se aplica completamente lo anterior. Efecto. Al mismo tiempo, los generadores magnetohidrodinámicos se consideraron en un momento como una idea bastante innovadora y revolucionaria, cuya construcción de las primeras muestras ocupó las mentes de los principales científicos del siglo XX. Pronto, los fondos para este tipo de proyectos se agotaron por razones que no están del todo claras. Ya se han levantado las primeras instalaciones experimentales, pero se ha abandonado su uso.

Los primeros diseños de generadores magnetodinámicos se describieron en 1907-910, sin embargo, no pudieron crearse debido a una serie de características físicas y arquitectónicas contradictorias. Como ejemplo, podemos citar el hecho de que aún no se han creado materiales que puedan funcionar normalmente a temperaturas de funcionamiento de 2500-3000 grados centígrados en un ambiente gaseoso. Se suponía que el modelo ruso aparecería en un MGDES especialmente construido en la ciudad de Novomichurinsk, que se encuentra en la región de Ryazan, muy cerca de la planta de energía del distrito estatal. El proyecto se canceló a principios de la década de 1990.

Cómo funciona el dispositivo

El diseño y el principio de funcionamiento de los generadores magnetohidrodinámicos en su mayor parte repiten los de las variantes de máquinas ordinarias. La base es el efecto de la inducción electromagnética, lo que significa que aparece una corriente en el conductor. Esto se debe a que este último cruza las líneas del campo magnético en el interior del dispositivo. Sin embargo, hay una diferencia entre la máquina y los generadores MHD. Se encuentra en el hecho de que para variantes magnetohidrodinámicas comoconductor es utilizado directamente por el propio cuerpo de trabajo.

La acción también se basa en partículas cargadas, que se ven afectadas por la fuerza de Lorentz. El movimiento del fluido de trabajo ocurre a través del campo magnético. Debido a esto, existen flujos de portadores de carga con direcciones exactamente opuestas. En la etapa de formación, los generadores MHD utilizaban principalmente líquidos o electrolitos eléctricamente conductores. Eran ellos quienes eran el mismo cuerpo de trabajo. Las variaciones modernas han cambiado a plasma. Los portadores de carga de las nuevas máquinas son iones positivos y electrones libres.

Diseño de generadores MHD

El primer nodo del dispositivo se llama el canal a través del cual se mueve el fluido de trabajo. En la actualidad, los generadores magnetohidrodinámicos utilizan principalmente el plasma como medio principal. El siguiente nodo es un sistema de imanes que se encargan de crear un campo magnético y electrodos para desviar la energía que se recibirá durante el proceso de trabajo. Sin embargo, las fuentes pueden ser diferentes. En el sistema se pueden utilizar tanto electroimanes como imanes permanentes.

A continuación, el gas conduce la electricidad y se calienta hasta la temperatura de ionización térmica, que es de aproximadamente 10.000 Kelvin. Después de este indicador debe reducirse. La barra de temperatura cae a 2, 2-2, 7 mil Kelvin debido al hecho de que se agregan aditivos especiales con metales alcalinos al entorno de trabajo. De lo contrario, el plasma no es suficiente.grado efectivo, porque el valor de su conductividad eléctrica se vuelve mucho más bajo que el de la misma agua.

Ciclo típico del dispositivo

Otros nodos que conforman el diseño del generador magnetohidrodinámico se enumeran mejor junto con una descripción de los procesos funcionales en la secuencia en que ocurren.

1. La cámara de combustión recibe el combustible cargado en ella. También se añaden agentes oxidantes y varios aditivos.
2. El combustible comienza a arder, permitiendo que se forme gas como producto de la combustión.
3. A continuación, se activa la boquilla del generador. Los gases pasan a través de él, después de lo cual se expanden y su velocidad aumenta hasta la velocidad del sonido.
4. La acción llega a una cámara que pasa un campo magnético a través de sí misma. En sus paredes hay electrodos especiales. Aquí es donde entran los gases en esta etapa del ciclo.
5. Entonces el cuerpo de trabajo bajo la influencia de partículas cargadas se desvía de su trayectoria primaria. La nueva dirección es exactamente donde están los electrodos.
6. La etapa final. Se genera una corriente eléctrica entre los electrodos. Aquí es donde termina el ciclo.

Clasificaciones principales

Hay muchas opciones para el dispositivo terminado, pero el principio de funcionamiento será prácticamente el mismo en cualquiera de ellas. Por ejemplo, es posible lanzar un generador magnetohidrodinámico con combustible sólido como productos de combustión fósil. También como fuenteenergía, se utilizan vapores de metales alcalinos y sus mezclas bifásicas con metales líquidos. Según la duración de la operación, los generadores MHD se dividen en largo y corto plazo, y el último, en pulsado y explosivo. Las fuentes de calor incluyen reactores nucleares, intercambiadores de calor y motores a reacción.

Además, también existe una clasificación según el tipo de ciclo de trabajo. Aquí la división se produce sólo en dos tipos principales. Los generadores de ciclo abierto tienen un fluido de trabajo mezclado con aditivos. Los productos de combustión pasan por la cámara de trabajo, donde se limpian de impurezas en el proceso y se liberan a la atmósfera. En un ciclo cerrado, el fluido de trabajo ingresa al intercambiador de calor y solo luego ingresa a la cámara del generador. A continuación, los productos de la combustión esperan al compresor, que completa el ciclo. Después de eso, el fluido de trabajo regresa a la primera etapa en el intercambiador de calor.

Características principales

Si la pregunta de qué produce un generador magnetohidrodinámico puede considerarse completamente cubierta, entonces se deben presentar los principales parámetros técnicos de tales dispositivos. El primero de ellos en importancia es probablemente el poder. Es proporcional a la conductividad del fluido de trabajo, así como a los cuadrados de la fuerza del campo magnético y su velocidad. Si el fluido de trabajo es un plasma con una temperatura de alrededor de 2-3 mil Kelvin, entonces la conductividad es proporcional a él en 11-13 grados e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la presión.

También debe proporcionar datos sobre el caudal yinducción de campo magnético. La primera de estas características varía bastante, desde velocidades subsónicas hasta velocidades hipersónicas de hasta 1900 metros por segundo. En cuanto a la inducción del campo magnético, depende del diseño de los imanes. Si son de acero, la barra superior se fijará en torno a las 2 T. Para un sistema que consta de imanes superconductores, este valor se eleva a 6-8 T.

Aplicación de generadores MHD

No se observa un amplio uso de tales dispositivos en la actualidad. Sin embargo, es teóricamente posible construir centrales eléctricas con generadores magnetohidrodinámicos. Hay tres variaciones válidas en total:

1. Centrales eléctricas de fusión. Utilizan un ciclo sin neutrones con un generador MHD. Es costumbre utilizar plasma a altas temperaturas como combustible.
2. Centrales térmicas. Se utiliza un tipo de ciclo abierto y las instalaciones en sí son bastante simples en términos de características de diseño. Es esta opción la que todavía tiene perspectivas de desarrollo.
3. Plantas de energía nuclear. El fluido de trabajo en este caso es un gas inerte. Se calienta en un reactor nuclear en ciclo cerrado. También tiene perspectivas de desarrollo. Sin embargo, la posibilidad de aplicación depende de la aparición de reactores nucleares con una temperatura del fluido de trabajo superior a 2 mil Kelvin.

Perspectiva del dispositivo

La relevancia de los generadores magnetohidrodinámicos depende de una serie de factores yproblemas aún sin resolver. Un ejemplo es la capacidad de tales dispositivos para generar solo corriente continua, lo que significa que para su mantenimiento es necesario diseñar inversores suficientemente potentes y, además, económicos.

Otro problema visible es la f alta de materiales necesarios que puedan funcionar durante un tiempo suficientemente largo en condiciones de calentamiento del combustible a temperaturas extremas. Lo mismo se aplica a los electrodos utilizados en dichos generadores.

Otros usos

Además de funcionar en el corazón de las centrales eléctricas, estos dispositivos pueden funcionar en centrales eléctricas especiales, lo que sería muy útil para la energía nuclear. El uso de un generador magnetohidrodinámico también está permitido en los sistemas de aviones hipersónicos, pero hasta ahora no se ha observado ningún progreso en esta área.