SISTEMA DE PROPULSIÓN MAGNETO HIDRODINÁMICO mate 4.docx

7/25/2019 SISTEMA DE PROPULSIN MAGNETO HIDRODINMICO mate 4.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y DE ENERGA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA

SISTEMA DE PROPULSIN MAGNETO HIDRODINMICO

Profesor:Cer! Re"es Ro#e$%o

I&e#r!&es 'e$ #r()o:

V!r#!s Me*!+ Le% E$,er

V!r#!s T!r!*o!+ -(! Se.!s&%/

Y#!0%os Tr(1%$$o+ -e! -os2,e$$

3e$$!4%s&! 5 C!$$!o

6789


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DEDICATORIA

Este trabajo monogrfico va dedicado para nuestra

familia que son nuestro respaldo y motor a seguir en

esta etapa universitaria, por todo su cario, apoyo y

confianza.


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INDICETABA !E "#$T%A&"'(E$...........................................................................4

"(T%'!#&&"'(............................................................................................5

". )A(TEA*"E(T' !E )%'BE*A..........................................................6

+.+ !eterminacin del )roblema...........................................................................6

"". 'B-ET"'$...............................................................................................7

/.+'bjetivos generales....................................................................................7

/./'bjetivos espec0ficos.................................................................................7

""". -#$T"1"&A&"'( !E )%'BE*A..........................................................8

". A(TE&E!E(TE$................................................................................11

. *A%&' TE2%"&'.................................................................................13

". *ET'!''34A A)"&A!A.................................................................17

"". "*"TA&"'(E$..................................................................................19

""". A(5"$"$ E "(TE%)%ETA&"2( !E %E$#TA!'$..................................20

"6. &'($"'(E$................................................................................22

6. %E&'*E(!A&"'(E$............................................................................23

6". B"B"'3%A17A..................................................................................246"". A(E6'$...........................................................................................25

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TA3LA DE ILUSTRACIONES

F%#(r! 8: Esquema de los campos el8ctrico y magn8tico actuando sobre el agua de mar...13F%#(r! 6:a propulsin magneto 9idrodinmica y la regla de la mano izquierda............14F%#(r! : ;A*AT' ".....................................................................................16F%#(r! ;:Esquema de la embarcacin ;A*AT' ".................................................16F%#(r! 9:Esquema representativo de las cone


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INTRODUCCION

Esta tesina est referida directamente a un sistema de propulsin magneto

9idrodinmico, sabemos que en la actualidad se 9an construido y probado prototipos

desde +=>?, lo atractivo de este sistema es que no tiene partes mviles, lo que

significa que un buen diseo puede ser silencioso, fiable y de bajo costelamentablemente con la tecnolog0a con que contamos actualmente es ms caro y

muc9o ms lento que una 98lice accionada por un motor. )ero lo interesante de este

proyecto es que calcularemos terica y e


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I< PLANTEAMIENTO DEL PRO3LEMA

8


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II< O3-ETIVOS

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III< -USTIFICACION DEL PRO3LEMA)or qu8 se realiz la bHsqueda de un *odelo de )ropulsin *agneto

DidrodinmicoF

1rente a los datos oficiales publicados en la pgina de la '(# la cual nos brinda la

siguiente informacin sobre la procedencia de las emisiones de gases de efecto

invernadero:

IDurante los tres ltimos decenios, todas las emisiones de gases de efecto

invernadero aumentaron a una media de 1,6% anual con emisiones de CO2

dimanantes del uso de los combustibles fsiles que creci en 1,9% anual. l ma!orincremento de las emisiones de gases de efecto invernadero se "a registrado en el

suministro de energ#a ! el trans$orte $or carreteraJ.

Tambi8n nos brinda os datos de cmo reducir las emisiones de gases:

&ara reducir en '(% las emisiones "acia 2('(, el Organismo )nternacional de

nerg#a lleg a la conclusin de que "abr#a que limitar las emisiones a 26 giga

toneladas *+t $ara 2(-(, frente a la e$ectativa de que alcan/ar0n los 1 +t, sino

cambian las $ol#ticas. l aumento del rendimiento energtico o re$resentar#a el

grueso de la reduccin de estas emisiones, '%, seguido de un ma!or uso de la

energ#a renovable ! la energ#a nuclear, as# como de la ca$tura ! el almacenamiento

de carbono des$us de 2(2(3.

)or ultimo e


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$on por estos problemas que afectan a nuestro entorno diariamente, que se ve en la

necesidad de buscar nuevas tecnolog0as para que puedan coe


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si el :; es $ositivo, en un aumento de la tem$eratura media del $laneta o un

descenso de la misma si el :; es negativo3C3irn, /K+/.

Entre los cuales el principal CO2 , posee su %1 positivo lo que 9ace que la

temperatura media del planeta incremente.

$on debidos a estos problemas que se realizo la bHsqueda de nuevas tecnolog0as las

cuales eviten la contaminacin del medio ambiente.

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IV< ANTECEDENTES

&omo antecedentes tenemos los siguientes:

4a a$licacin de la magneto="idrodin0mica tuvo lugar en el 0mbito mar#timo $or

$rimera ve/ en el a>o 1961, cuando el americano ?.@. :ice obtuvo una $atente $or

un modelo de $ro$ulsor basado en una bomba electromagntica de transmisin

de metal l#quido generado en reactores nucleares3.C3irn, /K+/

n 1962, O.A. &"ili$s introdu5o la idea de utili/ar imanes conductores en el

dis$ositivo $ro$ulsor ! al a>o siguiente, en 196-, el Beniente :.@. Dorag" $ro$uso

usar materiales su$erconductores $ara conseguir cam$os electromagnticos 1(

Besla3.C3irn, /K+/

n el a>o 196' .?a! concibi un $ro$ulsor AD eterno de imanes

su$erconductores con una eficiencia terica del '(% ! $osteriormente en 1966,

demostrar#a en California el funcionamiento de un $ro$ulsor AD de imanes

ordinarios de (.(1' Besla, instalados en un submarino $rototi$o3.C3irn, /K+/

Bsicamente estos descubrimientos llevaron a demostrar que la propulsin *D! era

evidente, bajo el principio terico que se esperaba, aos despu8s la utilizacin de

superconductores optimizo el desarrollo de estos principios ya que para poder

transportar grandes cantidades se descubri que tan solo el peso de la bobina

superar0a lo estimado, esto 9izo frenar las investigaciones para darle aso despu8s al

uso de superconductores.

@nte este ito, teart ?a! estaba convencido de que la $ro$ulsin AD se$odr#a a$licar a ciertos buques de 1((.((( ton de des$la/amiento $ara trans$ortar

grandes cantidades de carga, a>adiendo que el rendimiento del flu5o eterior

aumenta con el tama>o, !a que disminu!e la relacin 0rea=volumen des$la/ado. Eo

obstante el desarrollo del $ro!ecto se detuvo al com$robar que si se instalaba un

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sistema similar al del modelo $robado, en un submarino ti$o &olaris3 $or

e5em$lo, solamente el $eso de las bobinas generadoras del cam$o necesario ser#a

alrededor de '((.((( ton3.CBosc9

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V< MARCO TERICO

a fuerza que actHa sobre una part0cula en movimiento, movi8ndose con velocidad

v , debida a la accin de campos el8ctricos y magn8ticos combinados, se obtiene

fcilmente por superposicin.

F=Q (E+v B )(1)

Esta ecuacin se conoce como la ecuacin de la fuerza de orentz, y su empleo se

requiere para la determinacin de las rbitas del electrn en el magnetrn, las

trayectorias del protn en el ciclotrn, de las caracter0sticas del fluido en el generador

magneto 9idrodinmico C*D!, en general, en el movimiento de part0culas cargadas

en campos el8ctricos y magn8ticos combinados.

a propulsin *D! est basada en la interaccin entre el campo magn8tico

producido por lo inductores alimentados en corriente continua y el campo el8ctrico

generado por una diferencia de potencial Ctensin el8ctrica o sea un voltaje entre dos

electrodos dentro del agua de mar.

En lugar de una 98lice o paletas

propulsoras, se usa un c9orro de agua producido por un sistema de propulsin

magneto 9idrodinmico C*D!. a tecnolog0a *D! est basada en la ley

13

F%#(r! 8:Esquema de los campos el8ctrico y magn8tico

actuando sobre el agua de mar.


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fundamental del electromagnetismo que nos dice que cuando un campo magn8tico y

una corriente el8ctrica se actHan sobre un fluido, la interaccin repulsiva entre ambos,

empuja al fluido en direccin perpendicular a ambos, al campo magn8tico y a la

corriente el8ctrica. $i 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 el

movimiento Cdinmico del agua de mar, debido a la interaccin del campo magn8tico

Cmagneto y a la corriente que circula por el agua. A este dispositivo le llamamos

motor magneto 9idrodinmico. os motores magneto 9idrodinmico clsicos trabajan

con campos el8ctricos y magn8ticos constantes con el tiempo Ccorriente continua.

El l0quido es el agua de mar, quien conduce la electricidad debido a la sal que

contiene poseyendo una conductividad el8ctrica del orden de 0.22o h m m .

!entro de cada propulsor el agua fluye por tubos, arreglados de tal forma como si

fueran las toberas de un co9ete. os tubos se encuentran envueltos en su contorno por

bobinas superconductoras 9ec9as de una aleacin especial Cniobio y titanio sobre un

nHcleo de cobre. Delio l0quido puede ser usado como refrigerante para las bobinas a

14

F%#(r! 6:a propulsin magneto 9idrodinmica y la regla de la manoizquierda.


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una temperatura de 452,13 F , solo unos pocos grados sobre el cero absoluto,

manteni8ndolas en un estado de superconductividad donde no casi no eK y tratan de la propulsin de los buques de

superficie o de los submarinos. El desarrollo de la propulsin *D! se vio frenada

por la necesidad de tener inducciones magn8ticas importantes (5Teslas) dentro de

grandes volHmenes (centenaresde m3 ) para obtener un rendimiento interesante. El

magnetismo de la tierra tiene influencia en el propulsor *D!, por lo que se requiere

de un gran flujo magn8tico generado a fin de contrarrestar el mismo. 'tra limitacin

es que la tecnolog0a *D! para los buques no puede operar en reas de grandes

cantidades de agua dulce, puesto que no conduce tan bien la electricidad como el

agua salada. Adems el agua salada tiene un alto nivel de corrosin en los electrodos.

Entre las ventajas de estos propulsores podemos indicar las siguientes: capacitarn a

los buques y submarinos a viajar a altas velocidades ya que no se tiene el problema dela cavitacin. a segunda ventaja de la propulsin *D! es el silencio y la tercera es

que requieren un bajo nivel de mantenimiento comparado con los sistemas de

propulsin convencionales. Adems, no se necesita de un enlace entre la unidad

propulsora y la 98lice Ceje. !e esta manera se pueden e


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Tambi8n se est trabajando en la actualidad en los motores de induccin magneto

9idrodinmicos "*D!. El principio de funcionamiento de los "*D! se basa en la

corriente alterna inducida en el secundario o rotor al igual que en las jaulas de ardilla.

As0 se evita el contacto el8ctrico f0sico del rotor con su fuente de energ0a. $egHn la

ley de enz, la direccin de las corrientes de 1oucault Ccorrientes del secundario se

tiene que oponer al cambio que las produce. )or esta razn, las corrientes de 1oucault

tienen que producir polos magn8ticos efectivos en el secundario, que son atra0dos por

los polos creados por el inductor del motor lineal, lo que ocasiona una fuerza de

16

F%#(r! :;A*AT' "

F%#(r! ;:Esquema de la embarcacin ;A*AT' ".


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arrastre sobre el fluido. En la propulsin por induccin C"*D!, los devanados

inductores alimentados por las corrientes de alterna polifsicas generan una induccin

magn8tica 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 IbombeaJ el agua 9acia atrs. El motor lineal de induccin que impulsa el fluido

C"*D! es complicado ya que la velocidad no es constante, y 9ay p8rdidas

adicionales debidas a la viscosidad del fluido u otros factores todav0a desconocidos. A

pesar de las dificultades tecnolgicas de implementacin, las ventajas de aplicacin

justifican los esfuerzos realizados para desarrollar esta tecnolog0a. a ventaja

principal del sistema "*D! es que no necesita electrodos como el *D!, y este9ec9o evita problemas de corrosin y de electrlisis que afectan a los *D!. Tambi8n

es de esperar una ca0da de tensin menor al no e


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laboratorio de la 1acultad de *atemtica y 10sica de la #(A& se comprender mejor

el fenmeno.

)ara realizar esta e


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!onde:

+. Electroimn./. )lacas conductoras de acero ino


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El modelo de sistema propulsor *D!, no contiene una evacuacin para su

pronta repeticin del e


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!o :veloc#dad #n#c#al del a&%a demar .

!espu8s se accionara la fuente, la corriente circular y luego de esto, la interaccin

entre el campo el8ctrico y magn8tico, genera una fuerza la cual mueve o desplaza el

agua de mar, el objetivo es 9allar flujo msico y as0 estimar la fuerza de orentz.

'btenida e


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v =0.764m /s

)ara despu8s de esto calcular el flujo msico, usando la formula (ro. /

m=1027(1.2103)0.764

m=0.942(&/s

1inalmente,

F=0.9420.764

F=0.720

N

)ara llevar a cabo la e


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)odemos notar que para el embobinado de unas mil vueltas se obtuvo una aceleracin

peque0sima, la cual nos ayudar0a a calcular algunos otros valores como la velocidad

del sistema propulsor acoplado a un ve90culo que pueda desplazarse sobre el mar.

I@< CONCLUSIONES

$e puede dejar de lado las tecnolog0as obsoletas en la industria naval, dndole paso a

nuevos sistemas de propulsin como lamagneto 9idrodinmico.

(o es muy utilizada en la actualidad en varios pa0ses debido a la falta de estudios deviabilidad.

$0 es posible elaborar un modelo de sistema de propulsin *agneto 9idrodinmico

que permita 9acer estudios especializados relacionados con la *D!, 9asta el

momento, con las limitaciones mencionadas se logr determinar el flujo msico

0 .942(&/ s y poder estimar cunta fuerza logra generar este modelo C 0.720N

. (os gustar0a decir que este sistema es eficiente y bueno con el medio ambiente perolo cierto es que, por lo le0do y e


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@< RECOMENDACIONES Tener conocimientos tericos y t8cnicos para mandar a 9acer o construir el

modelo de propulsin *D! y cumplir las especificaciones t8cnicas. Trabajar en las limitaciones mencionadas, la ms fcil a cumplir es agregar un

termistor al circuito para la proteccin del electroimn y fuente de

alimentacin cuando se sobrecaliente o en todo caso trabajar con un

refrigerante. $er0a bueno tambi8n, calcular la potencia consumida y potencia Htil para tener un

valor ms e


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@I< 3I3LIOGRAFA

Automvil-FITSA, F. I. (2008). Nuevos Combustibles y Tecnologias dePropulsion: Situacion y Perspectivas para Automocin.Ma!i"#i$%&o ' Mau%tai*" S%+* i*a % Imai*ai*, S./.

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ATM(S+,)!CAS - A"TE)NAT!'AS A" EMP"E( &E C(M#$ST!#"ES+*S!"ES .a!%lo*a" *iv%!$itat olit*ia % atalu*'a.

MA:;Tt%*io %tt?"@@.tB.at@>it$t!%am@a*l%@10803@6280@13a*%BC1.?DE$%$$io*i2A4A19F55094F329AA093621A;37#4.tB1G$%u%*%13

Ma*%to'!oi*ami Mt%*io %tt?"@@.%l$*o!H%l.om@2005@03@?!o?ul$io*-ma*%to-i!o-i*amiaC24.tml

Ma!*, #. S. (2005).

Mo*ui, #. A. (4 % S%ti%m>!% % 2009). >t%*io %tt?"@@au*.u*av.%u@>it$t!%am@10171@7434@1@T%$i$-#%lato!!%.?

E%a, . . (2013). !NT)(&$CC!*N A "AS P"ANTAS &E P)(P$"S!*NNA'A"./ima-allao" Ma!i*a % u%!!a %l %!J, #ivi$i* %

u>liaio*%$ % la ;$u%la Su?%!io! % u%!!a :aval.

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@II< ANE@OSF%#(r! 8: I,!#e &o,!'! e e$ $!.or!&or%o+ 0os&r(00%= 'e$ )ro&o&%)o 'e)ro)($sor MHD$%0o $%s&o )!r! re!$%*!r $! e)er%e0%!

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