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RESUMEN
En este estudio de pre factibilidad para el diseño de un vehículo a propulsión con agua
se ha planteado el problema teniendo en cuenta que no es suficiente depender de fuentes
de energía generadas con combustibles, ya sean el petróleo y sus derivados, ya que son
limitadas en abundancia y además su excesivo uso repercute en el medio ambiente. Por
otro lado, nuestro objetivo será observar, enunciar los pros y contras, viendo su
viabilidad y conveniencia de un sistema de propulsión que permita deslindarnos de este
medio.
Por eso definiremos qué principio físico hemos escogido, basándonos en intereses
propios y afinidad; entonces hablaremos de la propulsión magnetohidrodinámica viendo
lo interesante que puede llegar a ser. Para ello escogimos como base un proyecto que se
realizó en Japón, en la Universidad de Osaka, que consistió en construir un barco
eficiente que funcionara con este principio.
ANTECEDENTES
Ya un poco más de medio siglo se ha previsto un reemplazo a los sistemas de
propulsión más convencionales, quizás buscando uno alternativo. Lo cierto es que en
algunos años se verá la necesidad de reemplazarlos definitivamente por la escasez que
presentarán nuestras fuentes actuales de petróleo.
Nos pareció muy interesante realizar un estudio de pre factibilidad de un sistema de
propulsión magnetohidrodinámico1. Debido a que nos llama mucho la atención el uso de
la energía eléctrica por sus diversas aplicaciones, transducciones a otros tipos de energía
y su obtención de forma renovable. Gracias al científico sueco Hannes Alfvén que
incurrió en este campo ahora contamos con una tecnología que se estudia a profundidad
para el desarrollo de la misma. El principio de la MHD se ha convertido en aplicaciones
en los diversos campos de la ciencia, como la Geofísica y la Astrofísica. En la
ingeniería, la MHD se ha utilizado en el confinamiento de plasma, el enfriamiento por
metales líquidos de los reactores nucleares, el moldeado electromagnético y en la
propulsión de barcos o buques. En Japón, en la Universidad de Osaka se trabajó en este
proyecto para construir un barco eficiente que funcionara por los principios de la MHD.
1 Le denominaremos en adelante con la siglas MHD.
Este experimento se llevó a cabo en 1992. Los beneficios de este barco serían enormes
ya que sería silencioso, más económico, rápido, y bastante eficiente. En el primer
experimento se obtuvo una eficiencia menor a la de un bote convencional: 22 a 23% de
eficiencia pero esto no detuvo a los científicos que trabajaron en el proyecto “Yamato
1”, el cual es el nombre del barco que fabricaron y no se dieron por vencidos. Ellos
entienden que apenas se está conociendo poco de esta “nueva” disciplina, y esperan que
en las futuras décadas la propulsión por MHD, sea algo práctico y viable. El problema
es que los imanes no son tan ligeros como deberían, ni generan campos magnéticos tan
poderosos, pero se espera que en un futuro un barco construido en base a la MHD sea
tan competitivo como uno convencional.
Otro experimento similar al que se llevó a cabo en la Universidad de Osaka, consistió en
la creación a escala de un bote que funcione nuevamente con el principio de la MHD.
Se puede apreciar como esta idea se ha ido tomando más en consideración, por ello
hemos optado por tomar como base el proyecto que se realizó en Osaka, usarlo para
comprender mejor los principios de la MHD, sus pros y sus contras, es decir sus
limitaciones y ver si ésta podría ser una alternativa viable para el presente.
BASES TEÓRICAS O MARCO TEÓRICO
A continuación daremos las bases necesarias para entender nuestro estudio de pre-
factibilidad de un vehículo que se desplaza a través del agua mediante un sistema de
propulsión MHD.
PROPULSIÓN MAGNETOHIDRODINÁMICA
La magnetohidrodinámica cubre todos los dominios donde interactúan un fluido
conductor de corriente eléctrica, un campo magnético “B” y un campo eléctrico “E”.
Los fluidos afectados son numerosos. Se puede citar por ejemplo los electrolitos, los
plasmas (gas de partículas ionizadas), los metales líquidos y el agua de mar. Los
parámetros físicos (intensidad de las inducciones magnéticas y de los campos eléctricos,
velocidad de circulación del fluido, presión, masa volumétrica, etc.) que intervienen
dentro de estas técnicas pueden variar en varios órdenes de magnitud según las
aplicaciones.
El principio de la propulsión MHD no es muy complicado, Una partícula cargada
eléctricamente si se mueve a través de un campo magnético ésta sufre una fuerza cuya
magnitud y dirección está determinada por la siguiente expresión:
Donde:
F = fuerza generada.I = Intensidad de corriente eléctrica.B = Inducción magnética.L = Longitud del conductor.
El resultado es una fuerza perpendicular a la dirección de la partícula y el campo
magnético, en la dirección que se puede visualizar en la figura N° 1. Si construimos un
dispositivo en el cual el conductor por el que circula la corriente es un fluido, por
ejemplo, el agua de mar, se produce un flujo másico que sacaremos provecho y haremos
propulsar un móvil en dirección contraria.
Figura N° 1. Representación de la fuerza de Lorentz.
Fuente: http://lacienciarecreativa.blogspot.pe/2013_10_01_archive.html
A este dispositivo le llamamos motor magnetohidrodinámico. Los motores
magnetohidrodinámicos clásicos trabajan con campos eléctricos y magnéticos
constantes en el tiempo, debido a que trabajan con corriente continua2.
2 Magnetohydrodynamics, por M. S. Tillack N. B. Morley, 1998.
Figura N° 1. Representación de un motor propulsor MHD.
Fuente: www.enavales.com
Limitaciones
Una de las limitaciones más resaltantes para el desarrollo de esta tecnología es que no
existen hasta el momento, buenos refrigerantes que además de hacer su trabajo no
influyan de manera considerable a la eficiencia del sistema MHD.