Qué es el Generador MHD: Diseño, Operación y Aplicaciones

Los generadores MHD son dispositivos que se utilizan para generar energía eléctrica al interactuar con un fluido en movimiento, como gas ionizado o plasma, y ​​un campo magnético. El uso de generadores de energía magnetohidrodinámica fue observado por primera vez por «Michael Faraday» entre 1791 y 1867 cuando movía una sustancia eléctrica fluida a través de un campo magnético fijo. Las centrales MHD ofrecen la posibilidad de generar electricidad a gran escala con un impacto ambiental reducido. Existen diferentes tipos de generadores MHD diseñados según el tipo de aplicación y el combustible utilizado. El generador MHD pulsado se usa para sitios remotos y se usa para generar energía eléctrica de pulsos grandes.


¿Qué es el generador MHD?

Definición: Un generador magnetohidrodinámico (MHD) es un dispositivo que genera energía directamente al interactuar con una corriente de fluido que se mueve rápidamente, generalmente gases/plasma ionizados. Los dispositivos MHD convierten el calor o la energía cinética en energía eléctrica. La configuración típica de un generador MHD es que la turbina y el generador de energía eléctrica se fusionan en una sola unidad y no tienen partes móviles, eliminando así la vibración y el ruido, limitando el desgaste. Los MHD tienen la eficiencia termodinámica más alta porque operan a temperaturas más altas que las turbinas mecánicas.

generador MHD

Diseño de generador MHD

La eficiencia de las sustancias conductoras debe incrementarse para aumentar la eficiencia operativa de un dispositivo generador de energía. La eficiencia requerida se puede lograr cuando un gas se calienta para convertirlo en plasma/líquido o agregando otras sustancias ionizables como sales de metales alcalinos. Para diseñar e implementar un generador MHD, se consideran varios aspectos como economía, eficiencia, hipoductos contaminados. Los tres diseños más comunes de generadores MHD son:

Diseño del generador Faraday MHD

El diseño de un generador de Faraday simple incluye una tubería o tubo en forma de cuña hecho de una sustancia no conductora. El poderoso electroimán produce un campo magnético y permite que el fluido conductor pase perpendicularmente a través de él, induciendo voltaje. Los electrodos se colocan perpendiculares al campo magnético para extraer la potencia eléctrica de salida.
Este diseño ofrece limitaciones como el tipo de campo utilizado y la densidad. En última instancia, la cantidad de energía consumida con el diseño de Faraday es directamente proporcional al área del tubo y la velocidad del fluido conductor.

Diseño de generador Hall MHD

La corriente de salida muy alta producida a través de Faraday fluye con el conducto de fluido y reacciona con el campo magnético aplicado, lo que genera un efecto Hall. En otras palabras, la corriente que fluye con el fluido daría como resultado una pérdida de energía. La corriente total producida es igual a la suma vectorial de los componentes de la corriente pasante (Faraday) y la corriente axial. Para capturar esta pérdida de energía (componentes de efecto Faraday y Hall) y mejorar la eficiencia, se han desarrollado diferentes configuraciones.

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Una de tales configuraciones es usar los pares de electrodos que se dividen en una cadena de segmentos y se colocan uno al lado del otro. Cada par de electrodos está aislado entre sí y conectado en serie para lograr un voltaje más alto con una corriente más baja. Alternativamente, los electrodos, en lugar de ser perpendiculares, están ligeramente inclinados para alinearse con la suma vectorial de las corrientes de efecto Faraday y Hall, lo que permite extraer la máxima energía del fluido conductor. La siguiente figura ilustra el proceso de diseño.

Diseño de generador de efecto Hall
diseño de generador de efecto hall

Diseño de generador de disco MHD

El diseño del generador MHD de disco de efecto Hall es muy eficiente y es el diseño más utilizado. Un fluido fluye a través del centro del disco generador. Los conductos encierran el disco y el fluido que fluye. El par de bobinas de Helmholtz se utiliza para generar el campo magnético por encima y por debajo del disco.

Las corrientes de Faraday fluyen en el límite del disco, mientras que la corriente de efecto Hall fluye entre los electrodos anulares ubicados en el centro y en el límite del disco.

Flujo de corriente en el disco.
flujo de corriente en el disco

Principio del generador MHD

El generador MHD se denomina comúnmente dínamo de fluido, que se compara con una dínamo mecánica: un conductor metálico al atravesar un campo magnético genera una corriente en un conductor.

Sin embargo, en el generador MHD se utiliza un fluido conductor en lugar de un conductor metálico. Cuando el fluido conductor (conductor) se mueve a través del campo magnético, produce un campo eléctrico perpendicular al campo magnético. Este proceso de producción de energía eléctrica por MHD se basa en el principio de la ley de inducción electromagnética de Faraday.
Cuando el fluido conductor pasa a través de un campo magnético, se genera un voltaje a través de su fluido y es perpendicular tanto al flujo de fluido como al campo magnético de acuerdo con la regla de la mano derecha de Fleming.

Aplicando la regla de la mano derecha de Fleming al generador MHD, un fluido conductor pasa a través de un campo magnético «B». El fluido conductor tiene partículas de carga libre que se mueven con velocidad ‘v’.

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Los efectos de una partícula cargada que se mueve a una velocidad «v» en un campo magnético constante están dados por la ley de fuerza de Lorentz. La forma más simple de esta descripción se da a continuación mediante la ecuación vectorial.

F = Q (v x B)

Dónde,

‘F’ es la fuerza que actúa sobre la partícula.
‘Q’ es la carga de la partícula,
‘v’ es la velocidad de la partícula, y
‘B’ es el campo magnético.

El vector ‘F’ es perpendicular tanto a ‘v’ como a ‘B’ según la regla de la mano derecha.

Generador MHD funcionando

El esquema de generación de energía MHD se muestra a continuación con los posibles módulos del sistema. Para empezar, el generador MHD requiere una fuente de gas a alta temperatura, que puede ser un fluido de transferencia de calor de un reactor nuclear o gases de combustión a alta temperatura producidos a partir del carbón.

MHD-Generador-Trabajo
mhd-generador-trabajo

A medida que el gas y el combustible pasan a través de la boquilla de expansión, disminuye la presión del gas y aumenta la velocidad del fluido/plasma a través del conducto MHD, lo que aumenta la eficiencia general de la potencia de salida. El calor de escape producido por el fluido a través del conducto es potencia de CC. Se utilizó para hacer funcionar el compresor para aumentar la velocidad de combustión del combustible.

Ciclos MHD y fluidos de trabajo

En los generadores MHD se pueden utilizar combustibles como el carbón, el petróleo, el gas natural y otros combustibles capaces de producir altas temperaturas. Además de esto, los generadores MHD pueden utilizar la energía nuclear para generar electricidad.

Los generadores MHD son de dos tipos: sistemas de ciclo abierto y sistemas de ciclo cerrado. En un sistema de ciclo abierto, el fluido de trabajo pasa a través del conducto MHD solo una vez. Este produce gases de escape luego de generar energía eléctrica, la cual es liberada a la atmósfera a través de una chimenea. El fluido de trabajo en un sistema de ciclo cerrado se recicla de nuevo a la fuente de calor para su reutilización una y otra vez.

El fluido de trabajo utilizado en un sistema de ciclo abierto es aire, mientras que en un sistema de ciclo cerrado se utiliza helio o argón.

Ventajas

La Aventajas del generador MHD Incluya lo siguiente.

  • Los generadores MHD convierten el calor o la energía térmica directamente en energía eléctrica
  • No tiene partes móviles, por lo que las pérdidas mecánicas serían mínimo
  • Altamente eficiente Tiene mayor eficiencia operativa que los generadores convencionales, por lo tanto, el costo total de una planta de energía MHD es más bajo que el de las plantas de energía de vapor convencionales
  • Menores costos de operación y mantenimiento
  • Funciona con cualquier tipo de combustible y tiene una mejor utilización del combustible.
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Desventajas

los desventajas del generador MHD Incluya lo siguiente.

  • Ayuda con la gran cantidad de pérdidas que incluyen la fricción del fluido y las pérdidas por transferencia de calor.
  • Requiere imanes grandes, lo que genera mayores costos al implementar generadores MHD
  • Las altas temperaturas de funcionamiento en el rango de 200°K a 2400°K corroerán los componentes antes

Aplicaciones del generador MHD

Las nominaciones son

  • Los generadores MHD se utilizan para impulsar submarinos, aviones, experimentos en túneles de viento hipersónicos, aplicaciones de defensa, etc.
  • Se utilizan como sistema de suministro de energía ininterrumpida y como centrales eléctricas en industrias.
  • Se pueden utilizar para generar energía eléctrica para aplicaciones domésticas.

preguntas frecuentes

1). ¿Qué es un práctico generador MHD?

Se han desarrollado generadores MHD prácticos para combustibles fósiles. Sin embargo, estos han sido superados por los ciclos combinados de bajo costo, donde el escape de la turbina de gas calienta el vapor para operar una turbina de vapor.

2). ¿Qué es la siembra en la generación MHD?

La siembra es un proceso de inyección de un material de siembra como carbonato de potasio o cesio en el plasma/líquido para aumentar la conductividad eléctrica.

3). ¿Qué es el rendimiento de MHD?

El movimiento lento de un fluido puede describirse como un movimiento regular y ordenado. Cualquier perturbación en la velocidad del flujo provoca turbulencias, cambiando rápidamente las características del flujo.

4). ¿Qué combustible se utiliza en la generación de electricidad MHD?

Los gases refrigerantes como el helio y el dióxido de carbono se utilizan como plasma en reactores nucleares para dirigir la producción de energía MHD.

5). ¿El plasma puede generar electricidad?

El plasma es un buen conductor de electricidad porque contiene muchos electrones libres. Se vuelve eléctricamente conductor cuando se aplican campos eléctricos y magnéticos e influye en el comportamiento de las partículas cargadas.

Este artículo proporciona una descripción detallada de una descripción general del generador MHD, que genera electricidad utilizando metal líquido. También hemos discutido el principio, los diseños y los métodos de trabajo del generador MHD. Además, este artículo destaca las ventajas y desventajas y las diversas aplicaciones del generador MHD. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función de un generador?

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