Un convertidor magnetohidrodinámico ( convertidor MHD ) es una máquina electromagnética sin partes móviles que involucra la magnetohidrodinámica , el estudio de la cinética de fluidos eléctricamente conductores ( líquidos o gases ionizados) en presencia de campos electromagnéticos . Dichos convertidores actúan sobre el fluido utilizando la fuerza de Lorentz para funcionar de dos formas posibles: o bien como un generador eléctrico llamado generador MHD , extrayendo energía de un fluido en movimiento; o como un motor eléctrico llamado acelerador MHD o accionamiento magnetohidrodinámico , poniendo en movimiento un fluido inyectando energía. De hecho, los convertidores MHD son reversibles, como muchos dispositivos electromagnéticos. [1]
Michael Faraday intentó por primera vez probar un convertidor MHD en 1832. Los convertidores MHD que involucraban plasmas fueron muy estudiados en las décadas de 1960 y 1970, con mucha financiación gubernamental y conferencias internacionales dedicadas . Una aplicación conceptual importante fue el uso de convertidores MHD en los gases de escape calientes en una central eléctrica alimentada por 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]
.svg/1280px-MHD_converters_(generator_and_accelerator).svg.png)
(tipo Faraday lineal con electrodos segmentados)
Un generador magnetohidrodinámico es un convertidor MHD que transforma la energía cinética de un fluido eléctricamente conductor, en movimiento respecto de un campo magnético estacionario, en electricidad . La generación de energía MHD se probó exhaustivamente en la década de 1960 con metales líquidos y plasmas como fluidos de trabajo. [7]
Básicamente, un plasma se precipita 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 entre los electrodos. Mientras se extrae trabajo de la energía cinética del plasma entrante de alta velocidad, el fluido se ralentiza durante el proceso.
Un acelerador magnetohidrodinámico es un convertidor MHD que imparte movimiento a un fluido eléctricamente conductor inicialmente en reposo, utilizando una corriente eléctrica cruzada y un campo magnético 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 al control de flujo para permitir el vuelo hipersónico : acción sobre la capa límite para evitar que el flujo laminar se vuelva turbulento, mitigación o cancelación de ondas de choque para térmicas. control y reducción de la resistencia de las olas y de la forma, control del flujo de entrada y reducción de la velocidad del flujo de aire con una sección del generador MHD delante de un scramjet o turborreactor para extender sus regímenes a números de Mach más altos, combinado con un acelerador MHD en la boquilla de escape alimentado por el Generador MHD mediante sistema bypass. También se realizan investigaciones sobre diversos diseños de propulsión de plasma electromagnético para la exploración espacial . [10] [11] [12] [13]
En un acelerador MHD, la fuerza de Lorentz acelera en la misma dirección a todos los portadores de carga, sea cual sea su signo, así como a los átomos y moléculas neutros del fluido mediante colisiones. El líquido se expulsa hacia atrás y, como reacción, el vehículo acelera hacia adelante.