Geração MHD ou Geração de Energia Hidrodinâmica Magnética
A geração MHD ou, também conhecida como geração de energia magneto-hidrodinâmica, é um sistema de conversão direta de energia que converte a energia térmica diretamente em energia elétrica, sem qualquer conversão intermediária de energia mecânica, ao contrário do que ocorre em todas as outras usinas geradoras de energia. Portanto, neste processo, pode-se alcançar uma economia substancial de combustível devido à eliminação do processo de geração de energia mecânica e, em seguida, sua conversão novamente em energia elétrica.
História da Geração MHD
O conceito de geração de energia MHD foi introduzido pela primeira vez por Michael Faraday no ano de 1832 em sua palestra Bakerian para a Royal Society. Ele, de fato, realizou um experimento na Ponte de Waterloo na Grã-Bretanha para medir a corrente, a partir do fluxo do rio Tâmisa no campo magnético terrestre.
Este experimento, de certa forma, delineou o conceito básico por trás da geração MHD. Ao longo dos anos, várias pesquisas foram conduzidas sobre este tópico, e mais tarde, em 13 de agosto de 1940, este conceito de geração de energia magneto-hidrodinâmica, foi adotado como o processo mais amplamente aceito para a conversão direta de energia térmica em energia elétrica, sem um elo mecânico intermediário.
Princípio da Geração MHD
O princípio da geração de energia MHD é muito simples e baseia-se na lei de indução eletromagnética de Faraday, que afirma que quando um condutor e um campo magnético se movem relativamente um ao outro, então uma tensão é induzida no condutor, resultando no fluxo de corrente através dos terminais.
Como o nome sugere, o gerador de dinâmica magneto-hidrodinâmica mostrado na figura abaixo, está relacionado com o fluxo de um fluido condutor na presença de campos magnéticos e elétricos. Em geradores convencionais ou alternadores, o condutor consiste em enrolamentos ou tiras de cobre, enquanto em um gerador MHD, o gás ionizado quente ou fluido condutor substitui o condutor sólido.
Um fluido condutor pressurizado flui através de um campo magnético transversal em um canal ou duta. Pares de eletrodos estão localizados nas paredes do canal, perpendicularmente ao campo magnético e conectados através de um circuito externo para fornecer energia a uma carga conectada a ele. Os eletrodos no gerador MHD desempenham a mesma função das escovas em um gerador DC convencional. O gerador MHD desenvolve energia DC e a conversão para AC é feita usando um inversor.
A potência gerada por unidade de comprimento pelo gerador MHD é aproximadamente dada por,
Onde, u é a velocidade do fluido, B é a densidade do fluxo magnético, σ é a condutividade elétrica do fluido condutor e P é a densidade do fluido.
É evidente, a partir da equação acima, que, para uma maior densidade de potência de um gerador MHD, deve haver um forte campo magnético de 4-5 tesla e alta velocidade de fluxo do fluido condutor, além de adequada condutividade.
Ciclos MHD e Fluidos de Trabalho
Os ciclos MHD podem ser de dois tipos, a saber
Ciclo MHD Aberto.
Ciclo MHD Fechado.
A descrição detalhada dos tipos de ciclos MHD e dos fluidos de trabalho utilizados são apresentadas abaixo.
Sistema MHD de Ciclo Aberto
No sistema MHD de ciclo aberto, o ar atmosférico em temperatura e pressão muito altas é passado através de um forte campo magnético. O carvão é primeiro processado e queimado no combustor a uma temperatura elevada de cerca de 2700oC e pressão de cerca de 12 ATP com ar pré-aquecido do plasma. Em seguida, um material de semente, como carbonato de potássio, é injetado no plasma para aumentar a condutividade elétrica. A mistura resultante, com uma condutividade elétrica de cerca de 10 Siemens/m, é expandida através de uma bocal, para ter uma alta velocidade e, em seguida, passada através do campo magnético do gerador MHD. Durante a expansão do gás em alta temperatura, os íons positivos e negativos se movem para os eletrodos, constituindo assim uma corrente elétrica. O gás é então liberado através do gerador. Como o mesmo ar não pode ser reutilizado, forma-se um ciclo aberto, e, portanto, é chamado de ciclo aberto MHD.
Sistema MHD de Ciclo Fechado
Como o nome sugere, o fluido de trabalho em um sistema MHD de ciclo fechado é circulado em um loop fechado. Portanto, neste caso, é usado um gás inerte ou metal líquido como fluido de trabalho para transferir o calor. O metal líquido tem a vantagem de alta condutividade elétrica, portanto, o calor fornecido pelo material de combustão não precisa ser muito alto. Ao contrário do sistema de ciclo aberto, não há entrada e saída para o ar atmosférico. Assim, o processo é simplificado em grande medida, pois o mesmo fluido é circulado repetidamente para uma transferência eficaz de calor.
Vantagens da Geração MHD
As vantagens da geração MHD em relação aos outros métodos convencionais de geração são apresentadas abaixo.
Aqui, apenas o fluido de trabalho é circulado, e não há peças mecânicas móveis. Isso reduz as perdas mecânicas a zero e torna a operação mais confiável.
A temperatura do fluido de trabalho é mantida pelas paredes do MHD.
Tem a capacidade de atingir o nível de potência total quase imediatamente.
O preço dos geradores MHD é muito menor do que os geradores convencionais.
O MHD tem uma eficiência muito alta, que é superior à maioria dos outros métodos convencionais ou não convencionais de geração.
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