Los generadores MHD son dispositivos empleados para generar energía eléctrica al interactuar con un fluido en movimiento como gas ionizado o plasma y campo magnético. El uso de poder magnetohidrodinámico generadores fue observado por primera vez por 'Michael Faraday' durante 1791-1867 mientras movía una sustancia eléctrica fluida a través de un campo magnético fijo. Las plantas de energía MHD brindan el potencial de generar energía eléctrica 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 utiliza para sitios remotos que se utilizan para generar energía eléctrica de grandes pulsos.
¿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 transforman el calor o la energía cinética en energía eléctrica . La configuración típica de un generador MHD es que tanto la turbina como la electricidad poder El generador se fusiona en una sola unidad y no tiene partes móviles, lo que elimina las vibraciones y el ruido, lo que limita el desgaste. Los MHD tienen la mayor eficiencia termodinámica, ya que funcionan a temperaturas más altas que las turbinas mecánicas.
Mejor antes del generador
Mejor antes del diseño del generador
La eficiencia de las sustancias conductoras debe aumentarse para aumentar la eficiencia operativa de un dispositivo generador de energía. La eficiencia requerida se puede lograr cuando un gas se calienta para convertirse en plasma / fluido o agregando otras sustancias ionizables como las sales de metales alcalinos. Para diseñar e implementar un generador MHD, se consideran varios aspectos como la economía, la eficiencia y los hipoconductos contaminados. Los tres diseños más comunes de generadores MHD son:
Diseño de generador Faraday MHD
El diseño de un generador de Faraday simple incluye una tubería en forma de cuña o un tubo hecho de una sustancia no conductora. El potente electroimán produce un campo magnético y permite que el fluido conductor lo atraviese perpendicularmente, induciendo el voltaje. Los electrodos se colocan en ángulo recto con el campo magnético para extraer la energía eléctrica de salida.
Este diseño ofrece limitaciones como el tipo de campo utilizado y la densidad. Finalmente, la cantidad de energía consumida utilizando 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 del Faraday fluye junto con el conducto de fluido y reacciona con el campo magnético aplicado dando como resultado el efecto Hall. En otras palabras, la corriente que fluye junto con el fluido provocaría una pérdida de energía. La corriente total producida es igual a la suma vectorial de los componentes de la corriente transversal (Faraday) y axial. Para capturar esta pérdida de energía (Faraday y Efecto Hall componentes) y mejorar la eficiencia, se desarrollaron diferentes configuraciones.
Una de estas configuraciones es utilizar 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. Como alternativa, los electrodos, en lugar de ser perpendiculares, están ligeramente sesgados para alinearse con la suma vectorial de las corrientes de Faraday y Efecto Hall, lo que permite extraer la máxima energía del fluido conductor. La siguiente figura ilustra el proceso de diseño.
diseño-generador-efecto-hall
Diseño de generador de disco MHD
El diseño del generador de disco MHD de efecto Hall es muy eficiente y es el diseño más utilizado. Un fluido fluye en el centro del generador de disco. Los conductos encierran el disco y el fluido que fluye. El par de bobinas de Helmholtz se utilizan para generar el campo magnético tanto por encima como por debajo del disco.
Las corrientes de Faraday fluyen sobre el límite del disco, mientras que la corriente de efecto Hall fluye entre los electrodos de anillo ubicados en el centro y el límite del disco.
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Principio del generador MHD
El generador MHD se conoce comúnmente como una dínamo de fluidos, que se compara con una dínamo mecánica: una metal conductor cuando pasa a través de un campo magnético genera una corriente en un conductor.
Sin embargo, en el generador MHD, se usa fluido conductor en lugar de un conductor metálico. Como el fluido conductor ( conductor ) se mueve a través del campo magnético, produce un campo eléctrico perpendicular al campo magnético. Este proceso de generación de energía eléctrica a través de MHD se basa en el principio de Ley de Faraday de inducción electromagnética .
Cuando el fluido conductor fluye a través de un campo magnético, se genera un voltaje a través de su fluido y es perpendicular tanto al flujo del fluido como al campo magnético según la regla de la mano derecha de Fleming.
Al aplicar la regla de la mano derecha de Fleming al generador MHD, se hace pasar un fluido conductor a través de un campo magnético 'B'. El fluido conductor tiene partículas de carga libre que se mueven con una velocidad 'v'.
Los efectos de una partícula cargada que se mueve con 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.
Funcionamiento del generador MHD
El MHD electricidad El diagrama de generación se muestra a continuación con los posibles módulos del sistema. Para empezar, el generador MHD requiere una fuente de gas de alta temperatura, que puede ser un refrigerante de un reactor nuclear o pueden ser gases de combustión de alta temperatura producidos a partir del carbón.
generador-mhd-trabajando
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 y aumenta la eficiencia general de la potencia de salida. El calor de escape producido por el fluido a través del conducto es la potencia de CC. Solía 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 que son capaces de producir altas temperaturas. Además de esto, los generadores MHD pueden utilizar energía nuclear para generar electricidad.
Los generadores MHD son de dos tipos: sistemas de ciclo abierto y de ciclo cerrado. En un sistema de ciclo abierto, el fluido de trabajo pasa solo una vez a través del conducto MHD. Esto produce gases de escape después de generar energía eléctrica, que se libera a la atmósfera a través de una chimenea. El fluido de trabajo en un sistema de ciclo cerrado se recicla a la fuente de calor para reutilizarlo repetidamente.
El fluido de trabajo utilizado en un sistema de ciclo abierto es el aire, mientras que el helio o el argón se utiliza en un sistema de ciclo cerrado.
Ventajas
La A ventajas 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 mínimas.
- Altamente eficiente Tiene una mayor eficiencia operativa que los generadores convencionales, por lo tanto, el costo total de una planta MHD es menor en comparación con las plantas de vapor convencionales
- Los costos operativos y de mantenimiento son menores
- Funciona con cualquier tipo de combustible y tiene una mejor utilización del combustible.
Desventajas
los desventajas del generador MHD Incluya lo siguiente.
- Ayuda en la gran cantidad de pérdidas que incluyen la fricción del fluido y las pérdidas por transferencia de calor.
- Necesita imanes grandes, lo que genera mayores costos en la implementación de 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 aplicaciones son
- Los generadores MHD se utilizan para conducir submarinos, aviones, experimentos de túnel de viento hipersónico, aplicaciones de defensa, etc.
- Se utilizan como suministro de energía ininterrumpida sistema y como centrales eléctricas en industrias
- Se pueden utilizar para generar energía eléctrica para aplicaciones domésticas.
Preguntas frecuentes
1). ¿Qué es un generador MHD práctico?
Se desarrollaron prácticos generadores MHD para combustibles fósiles. Sin embargo, estos fueron superados por ciclos combinados de bajo costo, donde el escape de las turbinas de gas calienta el vapor para hacer funcionar 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 / fluido para aumentar la conductividad eléctrica.
3). ¿Qué es el flujo MHD?
El movimiento lento de un fluido puede describirse como un movimiento regular y ordenado. Cualquier alteración en la velocidad del flujo conduce a turbulencias, cambiando las características del flujo rápidamente.
4). ¿Qué combustible se utiliza en la generación de energía MHD?
Los gases refrigerantes como el helio y el dióxido de carbono se utilizan como plasma en los reactores nucleares para dirigir la generación de energía MHD.
5). ¿Puede el plasma generar electricidad?
El plasma es un buen conductor de electricidad ya que tiene muchos electrones libres. Se vuelve eléctricamente conductor cuando se aplican campos eléctricos y magnéticos que influyen en el comportamiento de las partículas cargadas.
Este artículo ofrece una descripción detallada de una descripción general del generador MHD , que genera electricidad mediante metal líquido. También discutimos el principio, diseños y 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?
