Generación MHD o Generación de Energía Hidrodinámica Magnética
La generación MHD o, también conocida como generación de energía magneto-hidrodinámica, es un sistema de conversión directa de energía que convierte la energía térmica directamente en energía eléctrica, sin ninguna conversión intermedia de energía mecánica, a diferencia de lo que ocurre en todas las demás plantas generadoras de energía. Por lo tanto, en este proceso, se puede lograr una considerable economía de combustible debido a la eliminación del proceso de enlace para producir energía mecánica y luego convertirla nuevamente en energía eléctrica.
Historia de la Generación MHD
El concepto de generación de energía MHD fue introducido por primera vez por Michael Faraday en el año 1832 en su conferencia Bakerian ante la Royal Society. De hecho, realizó un experimento en el Puente de Waterloo en Gran Bretaña para medir la corriente, a partir del flujo del río Támesis en el campo magnético terrestre.
Este experimento, de alguna manera, delineó el concepto básico detrás de la generación MHD. A lo largo de los años, se han realizado varios trabajos de investigación sobre este tema, y posteriormente, el 13 de agosto de 1940, este concepto de generación de energía magneto-hidrodinámica se adoptó como el proceso más ampliamente aceptado para la conversión directa de la energía térmica en energía eléctrica sin un enlace mecánico intermedio.
Principio de la Generación MHD
El principio de la generación de energía MHD es muy simple y se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday, que establece que cuando un conductor y un campo magnético se mueven uno respecto al otro, entonces se induce un voltaje en el conductor, lo que resulta en el flujo de corriente a través de los terminales.
Como su nombre lo indica, el generador de dinámica magneto-hidrodinámica mostrado en la figura a continuación, se refiere al flujo de un fluido conductor en presencia de campos magnéticos y eléctricos. En un generador convencional o alternador, el conductor consiste en bobinados o tiras de cobre, mientras que en un generador MHD, el gas ionizado caliente o fluido conductor reemplaza al conductor sólido.
Un fluido conductor bajo presión fluye a través de un campo magnético transversal en un canal o conducto. Un par de electrodos están ubicados en las paredes del canal a un ángulo recto con el campo magnético y conectados a través de un circuito externo para entregar energía a una carga conectada a él. Los electrodos en el generador MHD realizan la misma función que los cepillos en un generador DC convencional. El generador MHD desarrolla energía DC y la conversión a AC se realiza mediante un inversor.
La potencia generada por unidad de longitud por el generador MHD se da aproximadamente por,
Donde, u es la velocidad del fluido, B es la densidad de flujo magnético, σ es la conductividad eléctrica del fluido conductor y P es la densidad del fluido.
Es evidente de la ecuación anterior, que para una mayor densidad de potencia en un generador MHD, debe haber un fuerte campo magnético de 4-5 tesla y una alta velocidad de flujo del fluido conductor, además de una adecuada conductividad.
Ciclos MHD y Fluidos de Trabajo
Los ciclos MHD pueden ser de dos tipos, a saber
Ciclo MHD abierto.
Ciclo MHD cerrado.
Se detalla a continuación el tipo de ciclos MHD y los fluidos de trabajo utilizados.
Sistema MHD de Ciclo Abierto
En el sistema MHD de ciclo abierto, el aire atmosférico a muy alta temperatura y presión se pasa a través de un fuerte campo magnético. El carbón se procesa primero y se quema en el combustor a una alta temperatura de aproximadamente 2700oC y una presión de alrededor de 12 ATP con aire precalentado del plasma. Luego, se inyecta un material de semilla, como el carbonato de potasio, al plasma para aumentar la conductividad eléctrica. La mezcla resultante, que tiene una conductividad eléctrica de aproximadamente 10 Siemens/m, se expande a través de un orificio, para tener una alta velocidad y luego se pasa a través del campo magnético del generador MHD. Durante la expansión del gas a alta temperatura, los iones positivos y negativos se mueven hacia los electrodos y, por lo tanto, constituyen una corriente eléctrica. El gas se hace luego salir a través del generador. Dado que el mismo aire no puede reutilizarse, forma un ciclo abierto y, por lo tanto, se denomina ciclo abierto MHD.
Sistema MHD de Ciclo Cerrado
Como su nombre lo indica, el fluido de trabajo en un ciclo MHD cerrado circula en un bucle cerrado. Por lo tanto, en este caso, se utiliza un gas inerte o un metal líquido como fluido de trabajo para transferir el calor. El metal líquido tiene típicamente la ventaja de una alta conductividad eléctrica, por lo que el calor proporcionado por el material de combustión no necesita ser demasiado alto. A diferencia del sistema de ciclo abierto, no hay entrada ni salida para el aire atmosférico. Por lo tanto, el proceso se simplifica en gran medida, ya que el mismo fluido se circula repetidamente para una transferencia de calor efectiva.
Ventajas de la Generación MHD
Las ventajas de la generación MHD sobre otros métodos convencionales de generación son las siguientes.
Aquí solo se circula el fluido de trabajo, y no hay partes mecánicas móviles. Esto reduce las pérdidas mecánicas a cero y hace que la operación sea más confiable.
La temperatura del fluido de trabajo se mantiene por las paredes del MHD.
Tiene la capacidad de alcanzar el nivel de potencia total casi directamente.
El precio de los generadores MHD es mucho menor que el de los generadores convencionales.
La eficiencia del MHD es muy alta, superior a la de la mayoría de los otros métodos convencionales o no convencionales de generación.
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