La interacción del movimiento de flujos conducidos con electricidad, y campos magnéticos, provistos por una rica variedad de fenómenos asociados con la conversión de energía electro-fluido-mecánica.Efectos de tales interacciones pueden ser observados en líquidos, gases, mezcla de las dos elementos, o plasmas. Numerosos científicos y aplicaciones técnicas existentes, tales como calentamiento y control de flujos en procesamiento de metales, generación de energía, confinamiento magnético de plasmas de alta temperatura, etc, etc. Algunas aplicaciones fueron en los efectos de amplios campos magnéticos en fluidos conducidos, tales como Mecánica de fluidos magnéticos, Dinámica de gases-magnéticos, y las mas comúnmente Magnetohidrodinámica o HDM.
La interacción del movimiento de flujos conducidos con electricidad, y campos magnéticos, provistos por una rica variedad de fenómenos asociados con la conversión de energía electro-fluido-mecánica.Efectos de tales interacciones pueden ser observados en líquidos, gases, mezcla de las dos elementos, o plasmas. Numerosos científicos y aplicaciones técnicas existentes, tales como calentamiento y control de flujos en procesamiento de metales, generación de energía, confinamiento magnético de plasmas de alta temperatura, etc, etc. Algunas aplicaciones fueron en los efectos de amplios campos magnéticos en fluidos conducidos, tales como Mecánica de fluidos magnéticos, Dinámica de gases-magnéticos, y las mas comúnmente Magnetohidrodinámica o HDM.
Historia:
Las ideas esenciales de la interacción electrodinámica han sido formuladas al comienzo de siglo por André Marie Ampére, James Clek Maxwell, Hendrik Antón Lorente, y otros. Una significativa ramificación de esta, fue propuesta por Hannes Alfvén en 1942, cuando presento una forma de comportamiento de las ondas en un Flujo Conductor Magnetizado (Alfvén, 1942; Alfvén y Falthammar, 1963) que después fue conocido con el su nombre. El principio underlying , este penomeno, formo luego las bases de varios desdarrollos en física de plasma, y física espacial. Alfvén es un legendario científico, que combinó la ecuación de la curva de Maxwell, con la ley de la Fuerza de Lorent, para deducir la ciencia de la Magnetohidrodinámica.
Propulsión Magnetohidrodinámica:
Cuando se nombra la propulsión MHD, se viene a la mente la película “Caza al Octubre Rojo” escrita por Tom Clancy, en la cual utiliza un sistema de esta tecnología para propulsar un submarino de la marina soviética, que tenia que hacer pruebas de la “oruga”, que era un sistema de propulsión para esta nave, que era súper silencioso, y lo que teóricamente los submarinos de su contraparte escuchaban era desplazamiento de magma.Lo cierto que este fenómeno existe, y al parecer funciona en las primeras pruebas en barcos, y es muy prometedor, no solo para propulsión naval, sino innumerables aplicaciones importantísimas.
El principio de la propulsión MHD no es muy complicado: Una partícula cargada eléctricamente si se mueve a través de un campo magnético, sufre una fuerza. La fuerza es: F = I x B = qv x B F = Fuerza q = Partícula v = Velocidad de la partícula B = Intensidad del Campo Magnético.
Cuando “q” y “v” son la partícula cargada y la velocidad (I = Intensidad de corriente), y “B” es la aplicación del campo magnético, el resultado es una fuerza perpendicular a la dirección de la partícula y el campo magnético, en la dirección que se puede visualizar en el gráfico. Si construimos un dispositivo en el cual el conductor por el que circula la corriente es un fluido, por ejemplo, el agua de mar (“hidro”), se produce el movimiento (“dinámico”) del agua de mar, debido a la interacción del campo magnético (“magneto”) y a la corriente que circula por el agua. A este dispositivo le llamamos motor magnetohidrodinámico.Los motores magnetohidrodinámicos clásicos trabajan con campos eléctricos y magnéticos constantes con el tiempo (corriente continua) como se puede ver en la figura.
¿ = distancia
L = longitud de los electrodos
C = ancho de los electrodos
La MHD provoca fenómenos electrolíticos en los electrodos que reducen drásticamente el rendimiento electromecánico, además de presentar dificultades tecnológicas al disolverse los electrodos y desprenderse gases procedentes de la electrólisis de los materiales afectados. El potencial del electrodo supone un valor fijo y no despreciable que reduce mucho el rendimiento eléctrico del motor. Introducir corrientes circulares en el seno del agua es uno de los objetivos, pues evitaría la caída de tensión en lo electrodos. Con ello se aumenta drásticamente el rendimiento eléctrico del motor. También se ahorra los problemas tecnológicos planteados por los electrodos. Establecer corrientes circulares en el seno del agua es una opción teóricamente posible, pero de la que no se encuentra literatura ni hay antecedentes de realizaciones prácticas.Hay que definir el comportamiento eléctrico del agua salada atravesada por corrientes circulares, cerradas sobre si mismas. También los estatores capaces de crear los campos magnéticos necesarios, así como analizar el comportamiento del agua en función de densidad de corriente, campo magnético, frecuencia, forma, deslizamiento, etc.
L = longitud de los electrodos
C = ancho de los electrodos
La MHD provoca fenómenos electrolíticos en los electrodos que reducen drásticamente el rendimiento electromecánico, además de presentar dificultades tecnológicas al disolverse los electrodos y desprenderse gases procedentes de la electrólisis de los materiales afectados. El potencial del electrodo supone un valor fijo y no despreciable que reduce mucho el rendimiento eléctrico del motor. Introducir corrientes circulares en el seno del agua es uno de los objetivos, pues evitaría la caída de tensión en lo electrodos. Con ello se aumenta drásticamente el rendimiento eléctrico del motor. También se ahorra los problemas tecnológicos planteados por los electrodos. Establecer corrientes circulares en el seno del agua es una opción teóricamente posible, pero de la que no se encuentra literatura ni hay antecedentes de realizaciones prácticas.Hay que definir el comportamiento eléctrico del agua salada atravesada por corrientes circulares, cerradas sobre si mismas. También los estatores capaces de crear los campos magnéticos necesarios, así como analizar el comportamiento del agua en función de densidad de corriente, campo magnético, frecuencia, forma, deslizamiento, etc.
Definición y presentación:
La magnetohidrodinámica (M.H.D.) cubre todos los dominios donde un fluido conductor de la electricidad, el campo magnético “B” y el campo de la velocidad están acoplados. Este acoplamiento es debido a la interacción entre dos disciplinas que son el electromagnetismo y la hidrodinámica.Los fluidos afectados son numerosos. Se puede citar por ejemplo los electrolitos, los plasmas (gas de partículas ionizadas) y los metales líquidos. 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. Propulsión MHD Naval: La idea de utilizar las técnicas MHD para impulsar el agua del mar se hace posible gracias al valor no nulo de la conductividad eléctrica del agua de mar (0.22 ohm*m). De igual manera que las bombas o impulsores de sodio líquido (esto es para los reactores nucleares de metal líquido que también utilizan una bomba MHD, Faraday) es posible realizar las bombas o impulsores de agua de mar que impulsan por detrás la masa de agua aspirada por delante, creando de esta manera, por reacción, un efecto de propulsión. Los primeros estudios datan de los años 60 y tratan de la propulsión de los buques de superficie o de los submarinos. El desarrollo de la propulsión MHD se vio frenada por la necesidad de tener inducciones magnéticas importantes (+5 T; T = Tesla) dentro de grandes volúmenes (centenares de M3) para obtener un rendimiento interesante. Actualmente hay varios estudios en marcha debido al progreso de la superconductividad en el mundo.
Propulsión por Conducción MHD (Corriente Continua):
La propulsión MHD está basada en la interacción entre el campo magnético producido por lo inductores alimentados en corriente continua y el campo eléctrico generado por una diferencia de potencial (tensión eléctrica o sea un voltaje) entre dos electrodos dentro del agua de mar.
Configuración de propulsores MHD:
El objetivo de desarrollar fuerzas electromagnéticas propulsoras, se consigue mediante varias configuraciones geométricas: - Toroidal - Solenoidal - Bipolar - “Jaula de Ardilla” Las configuraciones deberán tener una buena homogeneidad del campo dentro de las partes activas del propulsor:Configuración Toroidal
Corte longitudinal de un propulsor con una configuración de doble solenoide
Esta configuración nos da una fuerza tangencial al solenoide interno, que se convierte en una fuerza axial, mediante unas paletas helicoidales dispuestas dentro del canal o espacio entre los dos solenoides.Corte de un propulsor con una configuración Dipolar.
Corte de un propulsor con una configuración “Jaula de Ardilla”.
Prototipo de Buque propulsado por MHD YAMATO 1:
El YAMATO 1, es el primer barco propulsado por magnetohidrodinámica, a través de superconductores eléctricos.Este barco fue construido con el propósito de verificar que actualmente tienen los superconductores en la propulsión MHD. Un comité llamado Superconducting MHD Propulsión Ship R&D Comité fue organizado por la Ship & Ocean Foundation en 1985 y le encomendo el desarrollo de este barco.El MHD de Superconducción, requiere enteramente un metodo diferente de manejo y operación, comparado con los sistemas de propulsión convencionales.
El sistema de propulsión esta compuesto por imán superconductor, llaves y control de corriente continua, unidad de refrigeración de helio, electrodos en los conductos de agua de mar, etc.El Imán superconductor, está compuesto por seis anillos con seis estructuras con bobinas superconductoras, en círculo (para combinar mutuamente los flujos magnéticos de cada uno de los seis bobinas) dentro de un recipiente de helio. Esquema básico de un Conducto Motor de los seis por Grupo Propulsor que tiene el YAMATO 1
Características de cada uno de los motores del Yamato1: Densidad del flujo Magnético 4 T' Conductividad del agua de mar 4 S/m Tensión entre electrodos 135 V Distancia entre electrodos 0,175 m Densidad de corriente entre la cara de los electrodos 4525 A/m2 Potencia Eléctrica absorbida 270 kW Fuerza Lorentz 1300 N Imagen de un grupo propulsor, de los dos que tiene, uno por banda.
Características del YAMATO 1 (de todo el buque en su conjunto) Fuerza Lorentz 15600 N Velocidad estimada del buque 5,39 m/s Desplazamiento 185 toneladas Potencia eléctrica absorbida 3240 kW Los conductos de los motores, que pasan el agua de mar por ellos, estan sujeto a la presión de mar y a las fuerzas electromagnéticas, es por ello que estos conductos requieren que sean de materiales con un buen aislamiento eléctrico, a raíz de los electrodos y la corriente que pasa, es por eso que estos estén hechos de resina epoxy GFRP.La base de metal de los electrodos esta hecha de Titanio, con el ánodo de DSA, y el cátodo de una placa de platino, y el largo de estos electrodos es de 3,4 m.
Principio de funcionamiento de los motores de Inducción Magnetohidrodinámicas, IMHD (Corriente Alterna):
El principio de funcionamiento de los IMHD se basa en la corriente alterna inducida en el secundario o rotor al igual que en las jaulas de ardilla. Así se evita el contacto eléctrico físico del rotor con su fuente de energía.De manera parecida a la clasificación que se hace con los motores rotativos en motores de corriente continua y en motores de corriente alterna de inducción, se podrían clasificar a los motores de inducción magnetohidrodinámicas MHD, como de motores de corriente continua y a los de inducción magnetohidrodinámica, IMHD como motores de corriente alterna o de inducción.Según la ley de Lenz, la dirección de las corrientes de Hedí (corrientes del secundario) se tiene que oponer al cambio que las produce. Por esta razón, las corrientes de Hedí tienen que producir polos magnéticos efectivos en el secundario, que son atraídos por los polos creados por el inductor del motor lineal, lo que ocasiona una fuerza de arrastre sobre el fluido.
Propulsión por inducción (IHDM) (Cte. Alterna)
Los devanados inductores alimentados por las corrientes alterna polifásicas generan una inducción magnética senoidal deslizante.
El inducido puede ser al agua de mar, por donde las corrientes se cierran e interaccionan con el campo inductor y desarrollan una fuerza que “bombea”, el agua hacia atrás, es de suponer que el submarino de la película Caza al Octubre Rojo, tendría un sistema IMHD, por lo que lo llaman la oruga, para obtener la fuerza propulsora del submarino. La transferencia de energía entre el devanado y el desplazamiento del fluido se hace por acoplamiento magnético. El desplazamiento del fluido puede ser interno (en canal) o externo.El motor lineal de inducción que impulsa el fluido (IMHD) es complicado por que la velocidad no es constante, y hay pérdidas adicionales debidas a la viscosidad del fluido u otros factores todavía desconocidos. A pesar de las dificultades tecnológicas de implementación, las ventajas de aplicación justifican con creces los esfuerzos realizados para desarrollar esta tecnología. La geometría de los motores IMHD es similar a los motores de inducción lineal con inducido sólido y tiene las mismas distorsiones de los campos electromagnéticos (efecto de longitud finita, efecto de anchura finita y efectos de penetración). Cabe destacar que como dije anteriormente, tiene cierta similitud en algunos aspectos con los motores lineales que se estudian para los trenes de levitación, ya que al no tener contacto físico estos trenes, tienen que ser impulsados por flujos magnéticos. La ventaja principal del sistema IMHD es que no necesita electrodos como el MHD, y este hecho evita problemas de corrosión y de electrólisis que afectan a los MHD. Tambien es de esperar una caída de tensión menor al no existir potenciales de electrodo y ánodo y cátodo.
Condiciones previas al diseño de un motor de inducción IMHD para impulsar fluidos:
La disposición más apropiada para mover fluidos conductores variará según la resistividad, densidad, viscosidad y permeabilidad magnética del fluido, así como con las condiciones de trabajo como la temperatura, presión, pérdida de carga, etc. Esto hace que se tenga que tener en cuenta tanto las leyes de la inducción electromagnética como la ecuación de Bernoulli.Daniel Bernoulli demostró que cuando las tres formas de energía inherentes de un fluído (presión, energía cinética y energía gravitatoria) se suman, esta suma es constante si los efectos por rozamiento son despreciables. En un fluido como el campo magnético, estas interacciones también pueden contribuir a la energía. De esta manera si ampliamos la ecuación de Bernoulli, que incluya el magnetismo como la cuarta fuerza, puede escribirse:Presión + Energía Cinética + Energía Gravitatoria + Energía Magnética = CSe tiene que tener en cuenta las corrientes rotóricas, sus recorridos y características, tanto en el tramo principal, como en los retornos, los entrehierros y recorridos magnéticos, así como las características de los elementos inductores, paso polar, número de polos y velocidad de sincronismo. Todo esto puede aconsejar formas del inductor atípicas y simétricas diferentes a las que las máquinas eléctricas convencionales.
Limitaciones Actuales de la IMHD:
Para entender una de las más importantes limitaciones de este método IMHD, hay que explicar el concepto de Reactancia Inductiva.Reactancia Inductiva es la oposición que la inductancia de un circuito ofrece a flujo de corriente. Como usted sabe, la inductancia sólo afecta al flujo de corriente mientras existe variación de corriente, dado que la modificación de ésta genera una FEM inducida. En la corriente continua el efecto de la inductancia sólo se pone de manifiesto cuando se inicia o se interrumpe la corriente. En la corriente alterna, sin embargo, se induce continuamente una FEM porque el flujo varía continuamente.Consideremos el efecto de un circuito inductivo dado sobre las ondas CC y CA. La constante de tiempo del circuito es siempre la misma, pues sólo está determinada por la resistencia y la inductancia del circuito.Para CC las ondas son como las que aparecen en el grabado de abajo. Al iniciarse la onda queda una zona sombreada entre el valor máximo de la corriente y el flujo de corriente real, zona que demuestra que la inductancia se está oponiendo a la modificación de la corriente a medida que va aumentando el campo magnético. Además, en el final de la onda de corriente hay otra zona similar que demuestra que el flujo de corriente persiste después que el voltaje a caldo a cero, debido a que el campo está en contracción. Estas dos zonas sombreadas son iguales, indicando que la energía utilizada para dilatar el campo magnético ha sido devuelta al circuito cuando dicho campo se extingue.
El mismo circuito afectarla a las ondas de tensión e Intensidad de CC según aparece en el grabado de abajo. La Intensidad aumenta a medida que aumenta la tensión, pero la demora ocasionada por la inductancia Impide que la intensidad llegue a su valor máximo de CC antes de que la tensión cambie la polaridad e invierta el sentido del flujo de corriente. Por lo tanto, en un circuito conteniendo Inductancia, la intensidad máxima será mucho mayor en corriente continua que en corriente alterna.
Si la frecuencia de la onda de CA es baja, la Intensidad tendrá tiempo para alcanzar mayor valor antes de que se Invierta la polaridad, que si la frecuencia es alta. Por lo tanto, a mayor frecuencia, menor Intensidad de corriente habrá en el circuito Inductivo. La frecuencia, entonces, afecta a la oposición al flujo de corriente de la misma manera que la Inductancia del circuito. Por ese motivo la reactancia Inductiva —oposición al flujo de corriente ofrecida por una Inductancia— depende de la frecuencia y de la Inductancia.
En realidad la Intensidad de corriente del circuito no empieza a elevarse en el mismo Instante que el voltaje. La Intensidad sufre un retardo que depende de la cantidad de Inductancia del circuito en comparación con la resistencia.Si un circuito de CA sólo tiene resistencia pura, la Intensidad aumenta y disminuye exactamente al mismo tiempo que el voltaje y se dice que las dos ondas están en fase una con otra.
En un circuito teórico de inductancia pura y ninguna resistencia, la corriente no comenzará a circular hasta que la tensión haya alcanzado su valor máximo y, por lo tanto, la onda de Intensidad asciende mientras la de la tensión cae a cero. En el momento en que la tensión llega a cero la Intensidad comienza a descender hacia cero, pero el campo en contracción retarda la calda de Intensidad hasta que la tensión alcanza su valor máximo en la polaridad opuesta. Esto continúa mientras se siga aplicando voltaje al circuito, llegando la onda de tendón a su valor máximo un cuarto de ciclo antes que la onda de intensidad en cada medio ciclo. Se considera que el ciclo completo de la onda de CA consta de 360 grados representados por la FEM generada en un conductor que describe una rotación complete entre dos polos magnéticos de signo contrario. El cuarto de ciclo, por lo tanto, es de 90 grados. En un circuito puramente inductivo la onda de tendón precede a la onda de Intensidad en 90 grados o, dicho a la inversa, la onda de intensidad sigue a la de voltaje con un retardo de 90 grados.
La porción de una onda de potencia que está por encima del eje cero se llama “potencia positiva”, mientras que la que está por debajo de dicho eje se denomina “potencia negativa”. La potencia positiva representa la energía aportada al circuito por la fuente de potencia, mientras que la potencia negativa representa energía que el circuito devuelve a la fuente de potencia.En el caso del circuito inductivo puro, la potencia positiva suministrada al circuito da lugar a la formación de un campo. Cuando este campo se contrae, devuelve una cantidad de energía igual a la fuente de potencia. Como en los circuitos consistentes en inductancia pura no se utiliza potencia para producir calor o luz (en caso de que ese circuito fuese posible) en realidad no se utilizaría ninguna potencia aunque el flujo de corriente fuese grande. La potencia real consumida en un circuito se determina restando la potencia negativa de La potencia positiva.
Todo circuito inductivo práctico contiene cierta resistencia, puesto que el ángulo de fase depende de la relación entre reactancia inductiva y la resistencia, siempre es menor de 90 grados. Para ángulos de fase menores de 90 grados la cantidad de potencia positiva siempre es superior a la potencia negativa, representando la diferencia entre ambas la potencia verdadera que se utiliza para superar la resistencia del circuito. Por ejemplo, si usted tiene un circuito cuyas cantidades de reactancia Inductiva y resistencia son iguales, el ángulo, de fase será de 45 grados y la potencia positiva excederá la potencia negativa, según se ve en el grabado de abajo.
El valor promedio de la potencia verdadera, llamado “potencia real”, está representado por un eje trazado a través de la onda de potencia, a mitad camino entre los valores máximos opuestos de la onda. A medida que el ángulo de fase aumenta, este eje se va acercando al eje correspondiente a la tensión e Intensidad. En los circuitos de CA la potencia aparente se halla multiplicando tensión por intensidad, exactamente como en los circuitos de CC (potencia aparente tensión x Intensidad). Cuando la potencia aparente se reduce a potencia real, el decimal resultante es el factor de potencia.En CA la potencia aparente y la potencia real sólo son Iguales cuando el circuito consiste íntegramente en resistencia pura. La diferencia entre la potencia aparente y la potencia real se llama a veces “potencia dewattada” porque no produce calor ni luz pero exige flujo de corriente en el circuito.
Ahora volviendo al tema de la IMHD
La IMHD tiene en su contra las dificultades de la realización de cables superconductores para el transporte de corrientes alternas superiores al Kilo Amperio y el elevado valor de las inductancias de los inductores, lo que comporta serios inconvenientes para la fuente de alimentación (potencia reactiva del inductor extremadamente elevada), lo cual como expliqué, al ser este imán superconductor altamente inductiva el circuito, esto hace que a frecuencias elevadas, hace que sea necesario tomar mucha corriente, pero que esta no es utilizada en su totalidad, por este tema de la corriente reactiva que toma el circuito pero que no la utiliza y la devuelve, haciendo que el generador tenga que mover esta corriente pero la devuelve, no logrando entonces que el circuito puede utilizar a pleno esa corriente, para generar el intenso campo magnético necesario, para sacar provecho del sistema IMHD. Para colmo la corriente necesaria en la vena líquida (superconductor que es en realidad un conductor líquido en un conducto), aconseja trabajar con frecuencias elevadas. Esto plantea un dilema, ya que lo superconductores no permiten trabajar a estas frecuencias, y los campos magnéticos necesarios aconsejan precisamente el empleo de superconductores, ya que para realizar, un inmensa capacidad de campo magnético de varios Tesla de potencia, es necesario justamente que circule mucha corriente por los conductores, y a la ves muchas vueltas, del solenoide o bobina.
Utilidad Militar del sistema MHD e IMHD:
Bueno ahora ya de lleno, en el tema concreto militar de la utilización de este fenómeno físico, podemos decir, que en la Película “Caza al Octubre Rojo”, es evidente que la oruga que hacía mención esta, se trataba del sistema de Inducción IMHD, que producía para los sistemas americanos un desplazamiento de magma en los sonares de los SSN Americanos de la clase Los Ángeles. Ya que el sistema IMHD funciona precisamente desplazando el agua. Todo esto no hace más que afirmar que el escritor Tom Clancy, realizó una novela evidentemente con asesoramiento en cuanto a aspectos tecnológicos, al plantear una historia en la cual los soviéticos, construyan un submarino con tecnología que estaba un paso delante de la occidental. Pero a pesar de ser muy linda historia, el sistema de propulsión IMHD, esta todavía ni siquiera en pañales, por lo que hay que sobrepasar numerosas dificultades tecnológicas, que resultan en limitaciones insalvables para que sea viable este sistema en la actualidad.En cuanto al sistema de propulsión MHD (Corriente Continua) se pueden observar algunas ventajas de su utilización para su implementación en materia militar:Rendimiento: El MHD es susceptible de funcionar con unos rendimientos elevados (+50%) (Rendimiento = Potencia Resultante para impulsar / Potencia aplicada). Esto depende de las condiciones de funcionamiento (velocidad e inducción magnética) y las condiciones criogénicas.
Detectabilidad acústica: Suprimiendo la hélice, la línea del árbol y el reductor, se disminuyen las emisiones acústicas, debidas a la excitación de los modos de resonancia del casco por la hélice a través de la línea del árbol, cavitación, variación de presión por la hélice….etc.
Estanqueidad: Se elimina la necesidad de realizar juntas estancas giratorias, sometidas a presiones elevadas, al suprimir el paso del árbol (las alimentaciones eléctricas y criogénicas del propulsor atraviesan el casco con juntas fijas).
Arquitectura Naval: El emplazamiento de la central de energía puede ser optimizado sin las condiciones que impone la línea del árbol, en casos de buques.
Maniobrabilidad: La marcha hacia delante o hacia atrás se puede obtener cambiando la dirección del campo eléctrico o la inducción magnética. Además, la forma modular del sistema propulsor permite un funcionamiento en régimen gradual. Se puede considerar la supresión del timón (reduciendo así aún mas los ruidos provocados por los remolinos, y de esta forma aumentar el sigilo del submarino) controlando la alimentación de los inductores repartidos por la periferia del casco del buque y mejorar así las formas hidrodinámicas de los submarinos.A pesar de todas estas ventajas para su aplicación militar, surgen siempre nuevas señales que pueden poner en evidencia la discreción del propulsor.
Señal Magnética: Esta es una señal residual que puede salir de las fugas del campo de inducción magnética del propulsor. Actualmente es posible detectar campos magnéticos de 10 elevado a la (-9), a 10 elevado a la (-10) T (Tesla) a decenas de metros de los buques. Aunque se tendrá que mejorar el blindaje magnético para reducir la firma de este, y además hay que tener en cuenta los sistemas de Degaussing Activos, que contrarrestarán estos campos con otros campos de sentido opuesto.
Señal Química: Esta señal proviene de la descomposición del agua del mar (electrólisis). En efecto, cuando una corriente eléctrica continua, circula entre los electrodos, se generan burbujas de oxígeno o de cloro según la intensidad de la corriente frente al ánodo, y formación de burbujas de hidrógeno frente al cátodo.
Señal Óptica: debida a la dispersión y a la disolución de las micro burbujas formadas por la electrólisis. Aunque en el mar debe ser porco significativa, para también velocidades bajas del submarino.
Señal Eléctrica: Causada por los campos eléctricos (desde centenares de Volts por metro) y creada en los electrodos del propulsor.
Señal Térmica: Originada por la pérdida por efecto Joule (que es el producido por la resistencia que tienen los conductores eléctricos, que a pesar de ser buenos conductores, produce esa pequeña resistencia un consumo que se transforma en calor) que se disipa dentro del canal, que hace calentar el agua. Pero a esto hay que aclarar que un submarino, se desplaza a grandes profundidades, el calentamiento resultante, no es significativo, y a esto hay que sumarle que el rendimiento hoy en día supera el 50%, y que se mejorará, disminuyendo el efecto Joule, o sea disminuyendo el calor generado.A pesar de todo esto, el sistema de propulsión MHD, resulta muy prometedor, y las estimaciones que se realizan para la construcción de un submarino propulsado por este sistema, dan cuenta que puede ser viable, y para dar cuenta de ello, si se quiere propulsar un submarino de un tamaño moderado (10m de diámetro, y 83m de eslora) usando cuatro propulsores con 55 m de largo, con una sección de 5 cm x 15 cm, que desarrolle 5 T (Tesla) de inducción Magnética, resulta suficiente para generar una propulsión rasonable y eficiente. Que desarrolle velocidades nada mas ni nada menos que de 36 nudos!!!, y que consumirá cerca de 66 MW de potencia eléctrica, o sea un reactor de 200 MW de potencia Térmica (Rendimiento 33%, que hay en día hay reactores con rendimiento del 50% con sistema de refrigeración a gas, de una simple etapa, siendo realmente muy compactos y muy seguros de operar en submarinos) por ende este nivel de potencia necesarios, están al alcance hoy en día, para submarinos de este tamaño. También gracias a Magnetos Superconductores, para generar estos fuertes campos magnéticos, (dado que sería imposible sin estos por la pérdida Ohmnica sería inaceptable), hay que aclarar que en esta estimación se toma que el inductor desarrollaría 5 T, y a esto hay que aclarar que se han desarrollado campos magnéticos de hasta 10 T, o sea el doble, lo cual permitirá empujar mas agua en los ductos, y desarrollar mas velocidad o mayor desplazamiento, como así aplicar menos tensión a los electrodos, reduciendo la electrólisis. Esto nuevos campos magnéticos, fueron creados con magnetos superconductores muy largos, de mas de 8400 vueltas, con corrientes impresionantes cercanas a los 10 KA, (hay que tener en cuenta que para desarrollar intensos campos magnéticos, las variable mas relevantes son la cantidad de vueltas del magneto, y también la corriente que circula por estos, que gracias a la tecnología de superconducción permite desarrollar).
Conclusiones:
Como habrán visto, esta tecnología revolucionaria, permitirá grandes ventajas para los submarinos, al hacerlo todavía mucho mas furtivo, al eliminar uno de los problemas mas grandes que tenia la propulsión de estos, que era el ruido de la hélice, como también eliminar timones, y si a esto le sumamos que se podrá desplazar a velocidades mayores a los 35 nudos, sin cavitar, en lo absoluto, hará de esta una terrible arma en los mares, mas de la que es hoy en día, al no estar preparados los sistemas ASW, para la lucha contra submarinos con estas características. Y si le sumamos que podrá atacar desarrollando gran velocidad, atacar a distancia y salir, de la misma forma a gran velocidad para escapar de la escena en corto tiempo, sin que los sistemas ASW puedan hacer algo al respecto.Hay que aclarar que este sistema no se limita tan solo a los SSN, sino que también puede ser aplicado a los SSK, ya que el sistema de propulsión MHD, trabaja con corriente continua, y tanto las batería como la nueva fuentes anaeróbicas AIP, podrán usarse sin problemas para desplazar a este, a velocidades menores, de patrulla, con un sigilo mucho mayor aún que el que gozan hoy en día. Es por esto que no solo los SSK podrá beneficiarse, sino que también se diseñaran submarinos que gracias a la dupla AIP MHD, se aplicarán exclusivamente para misiones ya sea de infiltración, etc, dándole una furtividad nunca antes imaginada. Hoy en día los países centrales, y especialmente EE.UU., que se vio obligada al derrumbarse el imperio soviético, de renovar y adaptar, su flota de submarinos, ya que estos no están preparados para hacer frente a las nuevas amenazas que le son encomendadas hoy en día, y a pesar de que las nuevos submarinos que desarrollaron como los de la clase Sea Wolf, sean bastantes menos ruidosos, como los de su contrapartida Rusa, al parecer estos no alcanzan, para ser los apropiados, como para combatir en las escenarios costeros que le son necesarios, para los intereses de su país.
Es por ello que los EE.UU. tuvieron que cambiar de diseño, a pesar de entrar recién la clase Sea Wolf, y tuvieron que pasar a la NSSN Virginia, con el costo de mas de 10 años de transición
Por lo cual, se ha botado el primero de la nueva clase NSSN Virginia, y se tendrá que ver, como es su desempeño para estas misiones, por lo que es seguro, que a este tipo de tecnología MHD, los EE.UU. la deben estar desarrollando, para llevarla a la práctica en algún tiempo. Bueno para finalizar, quiero despedirme con una frase, que dijo el Capitán Ramius en la película, Caza al Octubre Rojo, que nos traja aquí, y que resulta muy claro y elocuente, para con su nuevo sistema, y es…..:
“Ahora ellos temblarán nuevamente……con el sonido de nuestro silencio!!”
Autor: CPN y Lic. Bakic Guillermo
Bibliografía:
Magnetohydrodinamic MHD, por Jimmy Nelson, 2004- Bomba de Fluidos Metálicos, por Clastre Oliveres, 2001- Magnetohydrodynamics, por M. S. Tillack N. B. Morley, 1998- Magnetohydrodynamic Propulsión for de Classroom, Gabriel I. Font and Scott Dudley, US. Air Force, Colorado Springs, CO, 2004- Electricidad Básica, por Van Valkenburgh Nooger & Neville.- The Dielectric Analogue of Magnetohydrodynamics, Binhas R., 1987- Departament of Mechanical Engineering University College London, por Geertsa Frans, 2002.
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