Els generadors MHD són dispositius emprats per generar energia elèctrica mitjançant la interacció amb un fluid en moviment com el gas ionitzat o el plasma i el camp magnètic. L’ús del poder magnetohidrodinàmic generadors va ser observat per primera vegada per 'Michael Faraday' durant el 1791-1867 mentre movia una substància elèctrica fluida a través d'un camp magnètic fix. Les centrals MHD proporcionen el potencial de generar energia elèctrica a gran escala amb un impacte ambiental reduït. Hi ha diferents tipus de generadors MHD dissenyats segons el tipus d’aplicació i el combustible que s’utilitza. El generador de polsos MHD s'utilitza per a llocs remots que s'utilitzen per generar energia elèctrica de polsos grans.
Què és el generador MHD?
Definició: Un generador magnetohidrodinàmic (MHD) és un dispositiu que genera energia directament mitjançant la interacció amb un flux de fluid en moviment ràpid, generalment gasos / plasma ionitzats. Els dispositius MHD transformen la calor o l’energia cinètica en energia elèctrica . La configuració típica d’un generador MHD és tant de turbina com d’electricitat poder El generador es fusiona en una sola unitat i no té parts mòbils, eliminant així les vibracions i el soroll, limitant el desgast. Els MHD tenen la major eficiència termodinàmica, ja que funcionen a temperatures més altes que les turbines mecàniques.
Millor abans que el generador
El millor abans del disseny del generador
S'hauria d'augmentar l'eficiència de les substàncies conductores per augmentar l'eficiència operativa d'un dispositiu generador d'energia. L'eficiència requerida es pot aconseguir quan un gas s'escalfa per convertir-se en plasma / fluid o en afegir altres substàncies ionitzables com les sals de metalls alcalins. Per dissenyar i implementar un generador de MHD, es tenen en compte diversos problemes com l'economia, l'eficiència i els conductes hipohipòtics contaminats. Els tres dissenys més comuns de generadors MHD són:
Disseny de generador Faraday MHD
El disseny d’un simple generador Faraday inclou una canonada o tub en forma de falca feta d’una substància no conductora. El poderós electroimant produeix un camp magnètic i permet que el fluid conductor el travessi perpendicularment, induint la tensió. Els elèctrodes es col·loquen en angle recte amb el camp magnètic per extreure la potència elèctrica de sortida.
Aquest disseny ofereix limitacions com el tipus de camp utilitzat i la densitat. Finalment, la quantitat de potència extreta mitjançant el disseny de Faraday és directament proporcional a l'àrea del tub i a la velocitat del fluid conductor.
Disseny de generador de sala MHD
El corrent de sortida molt elevat produït a través del Faraday flueix juntament amb el conducte del fluid i reacciona amb el camp magnètic aplicat resultant en l’efecte Hall. En altres paraules, el corrent que flueix juntament amb el fluid conduiria a la pèrdua d'energia. El corrent total produït és igual a la suma vectorial dels components de la recorreguda (Faraday) i el corrent axial. Per captar aquesta pèrdua d 'energia (Faraday i Efecte Hall components) i millorar l’eficiència, es van desenvolupar diferents configuracions.
Una d'aquestes configuracions és utilitzar els parells d'elèctrodes que es divideixen en una cadena de segments i es col·loquen un al costat de l'altre. Cada parell d'elèctrodes està aïllat l'un de l'altre i connectat en sèrie per aconseguir un voltatge més alt amb un corrent inferior. Com a alternativa, els elèctrodes, en lloc de ser perpendiculars, estan lleugerament esbiaixats per alinear-se amb la suma vectorial dels corrents Faraday i Hall Effect, cosa que permet extreure la màxima energia del fluid conductor. La figura següent il·lustra el procés de disseny.
disseny-generador-d’efectes-sala
Disseny de generador de disc MHD
El disseny del generador de discos MHD Effect Hall és molt eficient i és el disseny més utilitzat. Un fluid flueix al centre del generador de disc. Els conductes inclouen el disc i el fluid que flueix. El parell de bobines Helmholtz s’utilitzen per generar el camp magnètic tant a sobre com a sota del disc.
Els corrents de Faraday flueixen sobre el límit del disc, mentre que el corrent Hall-Effect flueix entre els elèctrodes anells situats al centre i al límit del disc.
flux de corrent al disc
Principi del generador MHD
El generador MHD es coneix comunament com una dinamo de fluid, que es compara amb una dinamo mecànica: a metall el conductor quan es passa per un camp magnètic genera un corrent en un conductor.
No obstant això, en el generador MHD, s’utilitza fluid conductor en lloc d’un conductor metàl·lic. Com que el fluid conductor ( conductor ) es mou a través del camp magnètic, produeix un camp elèctric perpendicular al camp magnètic. Aquest procés de generació d’energia elèctrica mitjançant MHD es basa en el principi de Llei de Faraday de inducció electromagnètica .
Quan el fluid conductor flueix a través d’un camp magnètic, es genera una tensió a través del seu fluid i és perpendicular al flux de fluid i al camp magnètic segons la regla de la mà dreta de Fleming.
Aplicant la regla de la mà dreta de Fleming al generador MHD, es passa un fluid conductor a través d’un camp magnètic ‘B’. El fluid conductor té partícules de càrrega lliure que es mouen amb una velocitat ‘v’.
Els efectes d’una partícula carregada que es mou amb una velocitat ‘v’ en un camp magnètic constant ve donada per la Llei de la força de Lorentz. A continuació, la forma més senzilla d’aquesta descripció la dóna l’equació vectorial.
F = Q (v x B)
On,
‘F’ és la força que actua sobre la partícula.
'Q' és la càrrega de la partícula,
‘V’ és la velocitat de la partícula i
‘B’ és el camp magnètic.
El vector 'F' és perpendicular a la 'v' i a la 'B' segons la regla de la dreta.
Generador de MHD funcionant
El MHD electricitat El diagrama de generació es mostra a continuació amb possibles mòduls del sistema. Per començar, el generador MHD requereix una font de gas d’alta temperatura, que pot ser un refrigerant d’un reactor nuclear o pot ser gasos de combustió a alta temperatura produïts a partir del carbó.
mhd-generator-working
A mesura que el gas i el combustible passen pel filtre d’expansió, disminueix la pressió del gas i augmenta la velocitat del fluid / plasma a través del conducte MHD i augmenta l’eficiència general de la potència de sortida. La calor d’escapament produïda pel fluid a través del conducte és la potència de CC. Solia fer funcionar el compressor per augmentar la velocitat de combustió del combustible.
Cicles MHD i fluids de treball
Combustibles com el carbó, el petroli, el gas natural i altres combustibles capaços de produir altes temperatures es poden utilitzar en els generadors MHD. A més, els generadors MHD poden utilitzar energia nuclear per generar electricitat.
Els generadors MHD són de dos tipus: sistemes de cicle obert i sistemes de cicle tancat. En un sistema de cicle obert, el fluid de treball només es fa passar una vegada pel conducte MHD. Això produeix gasos d’escapament després de generar energia elèctrica, que s’allibera a l’atmosfera a través d’una pila. El fluid de treball en un sistema de cicle tancat es recicla a la font de calor per reutilitzar-lo repetidament.
El fluid de treball que s’utilitza en un sistema de cicle obert és l’aire, mentre que l’heli o l’argó s’utilitza en un sistema de cicle tancat.
Avantatges
La a avantatges del generador MHD inclou el següent.
- Els generadors MHD converteixen l’energia tèrmica o tèrmica directament en energia elèctrica
- No té parts mòbils, de manera que les pèrdues mecàniques serien mínimes
- Molt eficient: té una eficiència operativa superior als generadors convencionals, per tant, el cost global d’una planta MHD és menor en comparació amb les plantes de vapor convencionals
- Els costos operatius i de manteniment són menors
- Funciona amb qualsevol tipus de combustible i té una millor utilització del combustible
Desavantatges
El desavantatges del generador MHD inclou el següent.
- Ajuda a l'elevada quantitat de pèrdues que inclouen pèrdues de fricció de fluids i transferència de calor
- Necessita grans imants, cosa que comporta majors costos en la implementació de generadors MHD
- Les altes temperatures de funcionament entre 200 ° K i 2400 ° K corroiran els components abans
Aplicacions del generador MHD
Les aplicacions són
- Els generadors MHD s’utilitzen per conduir submarins, avions, experiments de túnels de vent hipersònics, aplicacions de defensa, etc.
- S'utilitzen com a font d'alimentació ininterrompuda com a centrals elèctriques a les indústries
- Es poden utilitzar per generar energia elèctrica per a aplicacions domèstiques
Preguntes freqüents
1). Què és un pràctic generador de MHD?
Es van desenvolupar pràctics generadors MHD per a combustibles fòssils. Tanmateix, van ser superats per cicles combinats de baix cost, on l’escapament de les turbines de gas escalfa el vapor per fer funcionar una turbina de vapor.
2). Què és la sembra en la generació de MHD?
La sembra és un procés d'injectar un material de sembra com carbonat de potassi o cesi al plasma / fluid per augmentar la conductivitat elèctrica.
3). Què és el flux MHD?
El moviment lent d’un fluid es pot descriure com un moviment regular i ordenat. Qualsevol pertorbació de la velocitat del flux provoca turbulències, canviant ràpidament les característiques del flux.
4). Quin combustible s’utilitza en la generació d’energia MHD?
Els gasos refrigerants com l'heli i el diòxid de carboni s'utilitzen com a plasma en reactors nuclears per dirigir la generació d'energia MHD.
5). El plasma pot generar electricitat?
El plasma és un bon conductor de l’electricitat ja que té molts electrons lliures. Es converteix en conductor elèctric quan s’apliquen camps elèctrics i magnètics i que influeixen en el comportament de les partícules carregades.
Aquest article proporciona una descripció detallada de una visió general del generador MHD , que genera electricitat mitjançant líquid metàl·lic. També vam discutir el principi, els dissenys i els mètodes de treball del generador MHD. A més, aquest article posa de manifest els avantatges i desavantatges i diverses aplicacions del generador MHD. Aquí teniu una pregunta, quina és la funció d’un generador?
