SISTEMA DE PROPULSIÓN MAGNETOHIDRODINAMICOALUMNOS: Chucho Gordo Mogo xD PROFESOR. GH: DIAZ LEIVA NELSON 01M JULIO DEL 2013 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M INDICE PÁGINA DEDICATORIA INDICE INTRODUCCION OBJETIVOS MARCO TEORICO MAGNETOHIDRODINAMICA HISTORIA PROPULSIÓN MAGNETOHIDRODINÁMICA DEFINICIÓN Y PRESENTACIÓN ECUACIONES GENERALES PROTOTIPO DE BUQUE PROPULSADO POR MHD YAMATO 1 INSTRUMENTOS Y MATERIALES DE CONSTRUCCION PROCEDIMIENTO PROYECTO CULMINADO CONCLUSIONES REFERENCIA BIBLIOGRAFICA 13 13 14 10 12 12 4 4 5 7 1 2 3 3 3 3 SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 1 . V. provistos de una variedad de fenómenos asociados con la conversión de energía electro-fluido-mecánica. Cuyoefecto de tal interacción puede ser observado en el fluido en que trabajamos debido a que este se mueve por la inducción del campo magnético. aplicado a un vehículo acuático el cual consiste en la interacción del movimiento de flujo (agua salada en nuestro proyecto) conducidos con electricidad y campos magnéticos. Por eso muchas de estas máquinas no son consideradas prácticas. un costoso e ineficiente refrigerante . Ley de Lorentz. La superconductividad se manifiesta solo sobre una cierta temperatura crítica y a un campo magnético crítico. Los superconductores exhiben también un fuerte diamagnetismo. Encontrar las ventajas y desventajas de la propulsión Magnetohidrodinámica. Pero a partir de 1986 descubrimientos en varias universidades y centros de investigación cambiaron radicalmente esta situación. III. La operación a temperaturas ultra bajas produce una severa reducción de la eficiencia de la máquina superconductora. VII.en algunos casos. El descubrimiento de nuevos materiales cerámicos metal-óxido que contienen raros elementos permitieron lograr temperaturas más bajas permitiendo el uso SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 2 . el que es repelido por campos magnéticos.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M SISTEMA DE PROPULSIÓN MAGNETOHIDRODINÁMICO I. INTRODUCCIÓN: El presente proyecto se analizara el sistema de propulsión magnetohidrodinámico. haciendo que el vehículo se desplace por la propulsión de chorro del fluido saliente. MARCO TEORICO: IV. VIII. OBJETIVOS: Mostrar una aplicación de los principios de electromagnetismo. Las temperaturas bajas son conseguidas por el uso de helio líquido. ¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD? Es el fenómeno mostrado por ciertos conductores que demuestran ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica. Conocer en que consiste y como funciona el sistema de propulsión Magnetohidrodinámico. el cual puede variar de acuerdo al material usado. II. VI. el voltaje y campos magnéticos con una sensibilidad sin precedentes. XII. XVI. El cual es más efectivo y barato que el helio. sin embargo. La teoría describe la superconductividad como un fenómeno cuántico en el cual en conducción los electrones se mueven en pares y además no muestran resistencia eléctrica. XIV. una máxima eficiencia en la generación y transmisión de energía eléctrica. La física básica de la superconductividad. Schrieffer descubrieron la ahora celebrada teoría BCS por la cual recibieron el Premio Nobel de física en 1972. XI. Aplicaciones En vista de la ausencia de resistencia. cuando los físicos americanos John Bardeen. y quizás el más importante de todos. Josephson examinó la naturaleza cuántica de la superconductividad y propuso la existencia de oscilaciones en la corriente eléctrica fluyendo hacia dos superconductores separados por una fina capa aislante dentro de un campo eléctrico ó magnético. Ochsenfeld en Alemania en 1933. Leon N.8° F) no tiene resistencia eléctrica.8° C/451. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 3 .UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M de nitrógeno líquido como refrigerante. quien observó que el mercurio bajo 4. XIII. reactores de fusión nuclear en el cual gas ionizado es controlado por campos magnéticos. los superconductores han sido usados para hacer electromagnetos que generan grandes campos magnéticos sin pérdida de energía.2 K (-268. Cooper y John R. han sido desarrollados instrumentos que miden la corriente. XV. no fue desarrollada hasta 1957. El descubrimiento de mejores superconductores es un significante paso hacia un gran espectro de aplicaciones. XVII. Meissner y R. El fenómeno fue mejor entendido solamente después que un fuerte diamagnetismo fue detectado en un superconductor por Karl W. X. Historia La superconductividad fue primero descubierta en 1911 por el físico alemán HeikeKamerlinghOnnes. Usando los efectos cuánticos de superconductividad. IX. incluyendo computadoras mucho más rápidas con gran capacidad. Los magnetos superconductores han sido usados en estudios de materiales y en la construcción de poderosos aceleradores de partículas. En 1962 el físico británico Brian D. trenes de suspensión magnética de alta velocidad ("Maglev"). Fotografía de dos magnetos superconductores usados en la levitación magnética . permitió afianzar los principios de esta ciencia. XIX. Ejemplos de tales líquidos incluyen plasmas. que significa líquido. que significa movimiento. El término magnetohidrodinámica deriva de magneto-. Para la comprensión y la deducción de las ecuaciones básicas de la MHD es preciso SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 4 . Estas ecuaciones diferenciales tienen que ser resueltas simultáneamente. no puede tratar fenómenos cinéticos en los cuales la existencia de partículas discretas sea importante. cuyo fluido circulante es la única parte en el movimiento.Maglev XX. es decir. o viceversa. por la que o bien la energía térmica o la energía cinética del fluido es transformada directamente en energía eléctrica. Gran Bretaña. se ejercerá una fuerza sobre éste.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M XVIII. que significa campo magnético. y dinámica. Introducción histórica a la MHD Los principios fundamentales de este fenómeno ya fueron descritos por Faraday alrededor de 1830. trabajo por el cual recibió el Premio Nobel de Física en 1970.UU. hidro-. y que también cambia el campo magnético mismo. Como la magnetohidrodinámica es una teoría de fluidos. convirtiendo al dispositivo en una bomba. pero hasta 1959 la tecnología no alcanzó el nivel adecuado que permitiera vencer las dificultades en la comprensión de las propiedades de los conductores con cargas libres como los gases ionizados a muy alta temperatura. Japón. que crean fuerzas en el fluido. El sistema de las ecuaciones que describen la magnetohidrodinámicason una combinación de las ecuaciones de Navier-Stokes de dinámica de fluidos y las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo. si una corriente es conducida a través del fluido. que en este campo se llevó a cabo en Francia. La investigación. La ideadelamagnetohidrodinámicaesqueloscamposmagnéticospuedeninducircorrientes en un fluido conductor móvil. los metales líquidos y el agua salada. Alemania. MAGNETOHIDRODINAMICA: La magnetohidrodinámica(MHD)es la disciplina académica que estudia ladinámicadefluidosconductoresde electricidad en presencia de campos eléctricos y magnéticos. la Unión Soviética y EE. bien analíticamente bien numéricamente. El concepto de magnetohidrodinámica fue utilizado inicialmente por HannesAlfvén. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M tener en cuenta las propiedades elementales de los campos magnéticos y eléctricos.46 m de diámetro. es posible que se decida su aplicación a la propulsión de la mayoría de tipos de buques. El 18 de julio de 1958 Warren A. utilizando como fuente. en el Canal de Experiencias de Santa Bárbara.B Stokes. añadiendo que el rendimiento del flujo exterior aumenta con el tamaño. es decir. Estudió la electricidad en la atmosfera e ideo experimentos como la ignición de gases mediante un arco eléctrico. tanto la corriente continua como la alterna. 1845: Stokes (1819-1903) perfecciona las ecuaciones básicas para fluidos viscosos incompresibles y eseañopublica “On the theories of the internal friction of fluids in motion”. los 0. 1822-1826: Ampère (1775-1836) relaciona la electricidad y el magnetismo. La superconductividad tiene como aplicaciones más inmediatas y prácticas. y los vectores de campo que interactúan con una partícula del fluido conductor eléctrico. titulada "Batería o pila Voltaica”. En 1822 publica “Colección de observaciones sobre electrodinámica” y en 1826 publica “Teoría SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 5 . en un submarino tipo “Polaris” por ejemplo. El diseño consideró varios sistemas de propulsión. ya que disminuye la relación área-volumen desplazado. incluyó los efectos de la viscosidad en forma de ecuaciones matemáticas. Stewart Way estaba convencido de que la propulsión MHD se podría aplicar a ciertos buques de 100. A continuación se presenta un listado cronológico con las principales publicaciones y trabajos teórico-prácticos que han permitido el desarrollo de la MHD: 1687: Newton (1642-1727) publica “Principia mathematicaPhilosophiaeNaturalis” 1757: Euler (1701-1783) publica “Memoires de l'academie des sciences de Berlin” 1800: Volta (1745-1827) escribe una carta a la Royal Society. que alcanzó. distribución y consumo de electricidad.000 ton de desplazamiento para transportar grandes cantidades de carga. Ante este éxito. De aquí se concluyó que la aplicación a la MHD a la propulsión de buques solamente se podría lograr mediante la utilización conjunta con el fenómeno de la superconductividad. 1827: Navier (1785-1836) ingeniero francés. si bien fue aplicada la corriente continua y el flujo exterior a causa. un submarino de unos 400 kg de desplazamiento. La idea de Rice fue seguida por Stewart Way de Westinghouse al frente de un grupo de investigadores recién graduados de la Universidad de California en Santa Bárbara. a aquellas unidades que utilizan actualmente otros sistemas. solamente el peso de las bobinas generadoras del campo necesario sería alrededor de 500. Pero la superconductividad no sólo se puede aplicar a la propulsión de buques. de la sencillez que proporcionaba el uso de una batería y del mayor rendimiento proporcionado por la conducción exterior del flujo. que permite una reducción notable de la sección de los conductores que forman los bobinados eléctricos necesarios. Cuando las actuales investigaciones que se están realizando en buques experimentales se consoliden. de forma independiente al matemático británico G. 3 metros de eslora y 0. y hayan sido vencidos los inconvenientes del alto peso.4 m/s de velocidad. La patente fue aceptada el 22 de agosto de 1961 y constituyó la primera aplicación de la MHD a la propulsión de buques. incluyendo un conducto interno y externo. las correspondientes al área de los sistemas de generación. Rice patentó un sistema denominado “Propulsion System” utilizando un campo eléctrico y un flujo magnético para crear un empuje en el agua de mar ionizada que lograba propulsar un buque. Este grupo logró desarrollar y probar en 1966 el primer vehículo propulsado mediante tecnología MHD.000 t. empacho y coste de la propulsión eléctrica. No obstante el desarrollo del proyecto se detuvo al comprobar que si se instalaba un sistema similar al del modelo probado. 1996 – 1998: Se construye y se prueba el barco experimental HEMS – 1 de propulsión MHD en un canal de experiencias hidrodinámicas en China. Descubridor de las ondas electromagnéticas especiales denominadas “Alfven”. empleando la magnetohidrodinámica. 1946-1947: Elsasser (1904-1991) fue el padre de la dinamo magnética terrestre. describe la “Acción dinamo del Sol y la Tierra”. en dónde por primera con cuatro ecuaciones diferenciales se describe la naturaleza de los campos electromagnéticos. Rice patentó un sistema denominado “PropulsionSystem”. El principio de funcionamiento consiste dotar de carga eléctrica al fluido propelente (gas o agua salada) y acelerarlo mediante un campo magnético. 1992: El 27 de enero de 1992. Fue uno de los primeros en reconocer que el plasma es probablemente el estado de la materia más frecuente en el universo. 1873: Maxwell publica su obra más importante “TreatiseonElectricity and Magnestism”. 1831: En ese año. las unidades de MHD son poco prácticas y existe sobre todo en la ciencia ficción. 1919: Larmor (1857-1942). empujando el vehículo en la dirección opuesta.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M de los fenómenos electrodinámicos”. PROPULSIÓN MAGNETOHIDRODINÁMICA: La propulsión magnetohidrodinámica es un método para propulsar buques de navegación marítima con sólo campos eléctricos y magnéticos. 1971: Kulikovskii (1933-) y su “characteristicsurfaces". “Mitsubishi Heavy Industries” probó en Kobe (Japón) un buque con propulsores MHD. 1831-1832: Faraday (1791-1867) describe “el disco-dinamo”. 1861: AnyosJedlik (1800-1895) quizás construyó antes que Siemens una dinamo auto-excitada. Aunque hay algunos prototipos de trabajo existentes.1937: Nacimiento oficial del concepto de fluido incompresible Magnetohidrodinámico. sin partes móviles. 1937: Hartmann (1865-1936) estabilizó el efecto de los campos magnéticos impuestos. llamado YAMATO 1. 1958: Warren A. 1866: Siemens (1816-1892) crea la dinamo auto-excitada. 1827: Ohm (1789-1854) escribe “Die galvanischeKette. Faraday (1791-1867) descubrió la ley de la inducción electromagnética y ese mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica a partir de otra. 1936 . SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 6 . Shercli (1927-1983) estudia la estructura de los flujos bajo la acción de un campo magnético. 1942: Alfvén (1908-1995) fue el primero en introducir el término “magnetohidrodinámica”. 1963: Demostración de la acción de la dínamo Lowes y Wilkinson en un sólido homogéneo con rotación de cilindros. mathematischbearbeitet”. y su empleo se requiere para la determinación de las órbitas del electrón en el magnetrón. puesto que la fuerza. El campo eléctrico. Si la carga está en movimiento. y de esto se sigue que el campo magnético estable es incapaz de transferir energía a la carga en movimiento. la fuerza en cualquier punto de su trayectoria estará dada también por la ecuación anterior. experimenta una fuerza cuya magnitud es proporcional al producto de las magnitudes de la carga Q. ó. en general. las trayectorias del protón en el ciclotrón. que siempre se aplica en una dirección perpendicular a la dirección en la cual la partícula se mueve. por lo general. y está dada por un vector unitario en la dirección de v B. La energía cinética de la partícula permanece invariable. de las características del fluido en el generador magnetohidrodinámico (MHD). por otra parte. y es directamente proporcional a E y Q. su velocidad v. la definición de intensidad de campo eléctrico muestra que la fuerza sobre una partícula cargada es F = QE La fuerza está en la misma dirección que la intensidad del campo eléctrico (para una carga positiva). la velocidad nunca cambiará su magnitud. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 7 . se encuentra que una partícula cargada y en movimiento. ejerce una fuerza sobre la partícula que es independiente de la dirección en la cual la partícula está avanzando y por tanto efectúa una transferencia de energía entre el campo y la partícula.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M LA FUERZA DE LORENTZ Y LA MAGNETOHIDRODINAMICA En un campo eléctrico. La fuerza puede expresarse como F = QvB Esto muestra una diferencia fundamental en el efecto de los campos eléctrico y magnético sobre partículas cargadas. en un campo magnético de densidad de flujo B. Experimentalmente. F = Q(E + vB) Esta ecuación se conoce como la ecuación de la fuerza de Lorentz. la densidad de flujo B y el seno del ángulo comprendido entre los dos vectores. La fuerza sobre una partícula en movimiento debido a campos eléctricos y magnéticos combinados se obtiene fácilmente por superposición. el vector aceleración es siempre normal al vector velocidad. en el movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos y magnéticos combinados. En otras palabras. La dirección de la fuerza es perpendicular a v y B. la cual conduce la electricidad debido a la sal que contiene.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M FUNCIONAMIENTO DE UN PROPULSOR MHD EN UN BUQUE El motor MHD funciona bajo el mismo principio que un generador MHD. solo unos pocos grados sobre el cero absoluto. En lugar de una hélice ó paletas propulsoras. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 8 . La tecnología MHD está basada en una ley fundamental del electromagnetismo: cuando un campo magnético y una corriente eléctrica se intersecan en un fluido. FLUJO MAGNETICO FLUJO MAGNETICO El flujo magnético emanado de las bobinas pasa a través del tubo Una corriente eléctrica fluye entre el par de electrodos del tubo propulsor CORRIENTE ELECTRICA MOVIMIENTO DEL LIQUIDO BOBINAS SUPERCONDUCTORAS CORRIENTE ELECTRICA MOVIMIENTO DEL LIQUIDO La propulsión magnetohidrodinamica y la” regla de la mano izquierda” El líquido es el agua de mar.13 °F. la interacción repulsiva entre ambos. Dentro de cada propulsor el agua fluye por tubos. arreglados de tal forma como si fueran las toberas de un cohete. (Regla de la mano izquierda). manteniéndolas en un estado de superconductividad donde no casi no existe resistencia al flujo de la electricidad. al campo magnético y a la corriente eléctrica. de usa un chorro de agua producido por un sistema de propulsión magnetohidrodinámico (MHD). ahora se usa corriente eléctrica y el mismo campo magnético para mover a las partículas de un fluido ionizado. la diferencia está que en el primero se ingresa un gas ionizado para producir corriente eléctrica. empuja al fluido en dirección perpendicular a ambos. Helio líquido puede ser usado como refrigerante para las bobinas a una temperatura de -452. Los tubos se encuentran envueltos en su contorno por bobinas superconductoras hechas de una aleación especial (Niobio y Titanio) sobre un núcleo de cobre. Massagués 2001) conciernen a la descripción matemática de fluidos no magnéticos conductores de la electricidad (por ejemplo. Con base en estas hipótesis las ecuaciones toman las formas que se indica a continuación. Las formas detalladas de las ecuaciones no se escriben aquí.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M La electricidad fluyendo a través de las bobinas genera un poderoso campo magnético dentro de los tubos propulsores.). 1971. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 9 . haciendo que el buque vaya avante. El símbolo ρse utiliza para designar la densidad de carga y ρmpara densidad de fluido. aquí se escriben las ecuaciones básicas en forma vectorial. Por conveniencia. primera embarcación movida por propulsión MHD ECUACIONES GENERALES USADAS EN LOS CALCULOS PARA UNA SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO: Las ecuaciones generales que a continuación se presentan (Hughes et al. pero puede consultarse en la bibliografía. GENERADOR ENFRIADOR DE HELIO CABINA CAÑA PROPULSOR ELECTROMAGNÉTICO El “Yamato I”. metal líquido. el agua de mar es impulsada con fuerza desde los tubos. agua de mar. etc. Cuando la corriente eléctrica circula por un par de electrodos dentro de cada tubo. En la MHD generalmente desparecen los efectos de la teoría de la relatividad y se supone que la fuerza másica tiene la forma simple (ρ. Las ecuaciones básicas de la magnetohidrodinámica o MHD son las ecuaciones de la electrodinámica (EHD) para medios que se mueven y las ecuaciones de la dinámica de los fluidos.E+J×B). en el sistema de unidades MKSR. Es decir. ∇・D = ρ En donde: ∇′・D′ = ρ ′ D = εO・E + P es la constante dieléctrica en el vacío. se conocen por el nombre de ecuaciones de Maxwell.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M LAS ECUACIONES DE MAXWELL EN FORMA DIFERENCIAL: Maxwell resumió todas las leyes físicas de la electricidad y el magnetismo en cuatro ecuaciones que. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 10 . pero en conductores metálicos este término puede ser despreciable comparado con la corriente de conducción. Un campo magnético variable genera un campo eléctrico a su alrededor. la ley de Ohm será válida tanto en unidades MKSR como en unidades Gaussianas. Su evidenciaexperimental es la ley de Coulomb. En el vacío P = 0. El número de líneas de inducción entrante es igual al número de líneas saliente. no existen monopolos magnéticos. Estas ecuaciones relacionan los campos magnéticos y eléctricos con sus fuentes: las cargas eléctricas. ∇ ∇ LA LEY DE OHM PARA MEDIOS EN MOVIMIENTO Cuándo “c” sea mucho menor que la velocidad de la luz. en su honor. Ρes la densidad de carga. tales como ondas de movimiento. Segunda ecuación de Maxwell Teorema de Gauss aplicado al campo magnético: El flujo magnético a través de cualquier superficie cerrada es cero. La evidencia experimental de esta ecuación es el fenómeno de la inducción electromagnética. Primera ecuación de Maxwell Es el teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico: el flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es proporcional a la carga eléctrica interior. ( ) ′ En conductores gaseosos pueden existir cargas espaciales en situaciones que varían con el tiempo. las corrientes eléctricas y las variaciones de los mismos campos. y la ley de Ohm puede escribirse en la forma: ( ) ECUACIONES CONSTITUTIVAS En un sistema en reposo (para un medio lineal). La evidencia experimental se basa en el hecho experimental que las líneas de inducción magnética no convergen en ningún punto ni divergen de ningún punto. ∇・B = O ∇′・B′ = O Tercera ecuación de Maxwell Es la ley de Faraday-Lenz de la inducción electromagnética. las ecuaciones constitutivas toman la forma que sigue a continuación. pero en la mayor partede problemas MHD (por lo menos cuando no hay cambios de ε o μ con la temperatura)es válida la SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 11 . si el medio material tiene las propiedades del espacio libre. ∇ ( ) ECUACIONES DEL MOVIMIENTO DEL FLUIDO Estas ecuaciones tienen en cuenta las fuerzas másicas electromagnéticas apropiadasinducidas. Sin embargo. de modo que las transformaciones de Lorentzse convierten en: En la mayor parte de los trabajos MHD se puede considerar que el campo magnético y el campo de inducción son iguales en cualquier sistema. En forma vectorial tenemos: * ∇ ( ) (∇ )+ ∇ ∇ ( ) ∇(∇ ) ( ) ECUACIÓN DE LA ENERGÍA La forma exacta de la ecuación de la energía es indeterminada.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M ( En general para cualquier sistema: ( ) ) Los campos deben transformarse a las condiciones de referencia del laboratorio a fin de obtener las ecuaciones en dicho sistema. CONTINUIDAD DEL FLUIDO La ecuación de continuidad del fluido es un invariable y es entonces. en cualquier sistema: LAS TRANSFORMACIONES DE LORENTZ En la MHD usualmente se puede hacer la aproximación de la velocidad lenta(comparada con la velocidad de la luz). El silencio es el tema central de la trama de la novela de Tom ClancyA la Caza del Octubre Rojo. la disipación eléctrica puedeexpresarse mediante: | | Además de las ecuaciones anteriores. La pregunta es cuál puede ser el tipo de combustible usado para generar esta propulsión. SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 12 . pueden ser necesarias otras ecuacionesadicionales tales como las ecuaciones de estado. De es la energía interna específica y Ф es lafunción de disipación mecánica. las variaciones de la viscosidad conla temperatura.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M ecuación usual de la energía para fluidos si se incluye la disipación deJoule. “k” es la conductividad térmica. 2. Si la hélice gira muy rápido. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN MOTOR MHD Ventajas 1. Si no hay ruido de una hélice no hay ruido por cavitación. Muchos visionarios anticipan velocidades sobre los 100 Nudos. donde un submarino soviético movido por un sistema de propulsión electromagnético lo hacía prácticamente indetectable al sonar de un buque. Y no se necesita de un enlace entre la unidad propulsora y la hélice (eje). (Obsérvese que esta cantidad es un producto de losvalores del sistema de referencia en reposo). ∇ ∇ ( ∇ ) Aquí. no vibran y por consiguiente requieren un bajo nivel de mantenimiento que los sistemas de propulsión convencionales. De esta manera se pueden experimentar con nuevos diseños de buques. 3. Sin hélices se puede reducir este fenómeno. La segunda ventaja más grande de la propulsión MHD es el silencio. Dicha disipación es J’·E’. entre ellos submarinos de carga con formas de avión comercial ó trasatlánticos con la forma de un catamarán. Esto no solo reduce la eficiencia del buque sino que puede destruir a la hélice. no son ruidosos. aunque esta meta es extremadamente optimista. La velocidad de los buques propulsados por hélices está limitada por un fenómeno conocido como cavitación. capacitarán a los buques y submarinos a viajar a altas velocidades. se forma un área de baja presión frente a las aspas de la hélice. Estas ecuaciones no son afectadas esencialmente por los camposelectromagnéticos para la aproximación de la MHD. Entre la más importante. etc. Los propulsores MHD tienen muchas ventajas sobre los sistemas de propulsión convencionales. En vista que los propulsores MHD no tienen partes móviles. causando vaporización. Se espera que a partir del próximo siglo esta tecnología permita tener a buques comerciales viajando a velocidades entre 50 y 60 Nudos dependiendo de los materiales empleados para el casco y el diseño del mismo (estabilidad). A partir de la ley de Ohm. El magnetismo de la tierra tiene influencia en el propulsor MHD. la misma que no conduce tan bien la electricidad que el agua salada. por lo que se requiere de un gran flujo magnético generado a fin de contrarrestar el mismo. XXI. sin embargo el magneto consume por sobre el 60% de la fuerza electromotriz generada. Además el agua salada tiene un alto nivel de corrosión en los electrodos. A nivel de estrategias navales un submarino puede ser silencioso y no ser detectado por medio de sonares. Una limitación para usar la propulsión magnetohidrodinámica está en el problema de la construcción de magnetos mucho más eficientes y livianos. 2. pero es una gran fuente de campos magnéticos. INSTRUMENTOS Y MATERIALES DE CONSTRUCCION: MATERIALES: 2 Placas de cobre Láminas de cobre Alambre de cobre 2 Baterías 9v Sal Superglue Soldimix 1 Taper de plástico 1 Fuente de Voltaje Cables de cobre Pinzas cocodrilo 1 Tina Cinta aislante SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 13 . 3. lo que es posible su detección por medio de equipos especiales como Detectores de anomalías magnéticas (MAD). Otra limitación es que la tecnología MHD para los buques no puede operar en áreas de grandes cantidades de agua dulce. A pesar de que se han construido modelos con un alto índice de rendimiento.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M Desventajas 1. 5. TRABAJO TERMINADO: SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 14 . 2 x 10 cm para que los campos generados por la bobina y las placas colocadas por debajo del recipiente puedan intersectarse y lograr una fuerza resultante que permita el movimiento. En caso de no flotar. Luego se consigue una bobina que trabaje con 30V para poder usarlo con una batería de moto.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M INSTRUMENTOS: Cierra de mano Alicate Destornillador Tijera Cuter XXII. esta bobina irá conectada a 4 deódos para potenciar el campo magnético. microporoso o cualquier otro material que permita la flotabilidad del recipiente. se le puede agregar tecnopor. Hacer un agujero en el recipiente de medidas aprox. 2. Colocar 2 placas de cobre perpendicularmente al agujero hecho en el paso anterior. En primer lugar se tiene que encontrar un recipiente lo suficientemente grande para que pueda resistir el peso de la bobina que generará un campo magnético para luego pueda generar movimiento. XXIII. 4. PROCEDIMIENTO: 1. 3. “Física aplicada a la navegación: Mecánica y Fluidos”. Con tal finalidad se ha realizado el estudio teórico de un sistema de propulsión con el propósito de alcanzar un movimiento continuo y una potencia mayor. y del estudio energético y dinámico realizado para entender su funcionamiento.S.wikipedia. debido a la naturaleza del impulso que implica una fuerza generada por una masa desbalanceada girando. J. Bilbao.S. El sistema propuesto supone una gran reducción de las resistencias a la propulsión respecto a los sistemas utilizados actualmente.]. . todo el sistema de conversión de energía mecánica en empuje. XXV. McGraw Hill. November 1992. Teoría electromagnética. [et al. Microsoft. Enciclopedia Encarta. se ha constatado el concepto teórico del impulso que se puede generar mediante un movimiento circular. S. CONCLUSIONES: A partir del modelo de laboratorio diseñado y construido. T. Eliminando. Revista del Ministerio de Fomento. Servicio de publicaciones de la E. observando perspectivas futuras viables. El sistema planteado se puede adecuar a las exigencias de la industria actual.org/wiki/Magnetohidrodin%C3%A1mica Popular Science. 1995 ARRUZ. 62 65 SISTEMA DE PROPULSION MAGNETOHIDRODINAMICO SEMESTRE 2013A 15 . a la vez. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA: http://es.A. No sería necesaria la hélice propulsora del buque. U.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_magnetohidrodin%C3%A1mica http://es.A.wikipedia. Hayt William.. T. U.S. AGUDO. de Ingenieros Industriales y de Ingenieros de Telecomunicación. “Odisea marina”. Enero 2010 p..UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA – ENERGIA FISICA III 01M XXIV. U. Edit.A. 5ta Edición.