Introducción:

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.

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.

0…11739

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

 

La MagnetohidrodinámicaLA MAGNETOHIDRODINÁMICA (M.H.D.)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.

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.

δ = distancia L = longitud de los electrodos C = ancho de los electrodos La MHD provoca fenómenos electrolíticos en los electrodos que reducen...

Magnetohidrodinámica

La magnetohidrodinámica (MHD) (magnetofluiddynamics del o

hydromagnetics del del ) es el que la disciplina académica que estudia la dinámica que conduce eléctricamente ejemplos de los líquidos del de tales líquidos incluye las plasmas, metales líquidos, y el agua salada . La magnetohidrodinámica del (MHD) de la palabra se deriva del campo magnético del significado del magneto del, y del líquido hidráulico del significado del, y - movimiento del significado de la dinámica . El campo de la magnetohidrodinámica fue iniciado por el Hannes Alfvén, para el cual él recibió el Premio Nobel Del en la física en el 1970 .

La idea de la magnetohidrodinámica es que los campos magnéticos pueden el inducen las corrientes de en un líquido conductor móvil, que crean fuerzas en el líquido, y también cambian el campo magnético sí mismo. El sistema de las ecuaciones que describen la magnetohidrodinámica es una combinación Navier-Alimenta las ecuaciones de las dinámicas flúidas y las ecuaciones del maxwell del electromagnetismo . Estas ecuaciones diferenciales tienen que ser solucionado simultáneamente, analítico o numéricamente . Porque la magnetohidrodinámica es una teoría flúida del, no puede tratar los fenómenos cinéticos, es decir, los en las cuales la existencia de partículas discretas, o de una distribución non-thermal de sus velocidades, sea importante.

Magnetohidrodinámica ideal y resistente

La forma más simple de magnetohidrodinámica, magnetohidrodinámica ideal, asume que el líquido tiene tan poca resistencia que puede ser tratado como

conductor perfecto . (Éste es el límite del número de Reynolds magnético infinito.) En la magnetohidrodinámica ideal, la ley de Lenz dicta que el líquido es en cierto modo atado a las líneas del campo magnético. Para ser más exacto, en la magnetohidrodinámica ideal, un pequeño cuerda-como el volumen de líquido que rodea una línea de campo continuará mintiendo a lo largo de una línea del campo magnético, incluso durante es torcido y torcido por los flujos flúidos en el sistema. La conexión entre las líneas del campo magnético y el líquido en la magnetohidrodinámica ideal fija la topología del campo magnético en el líquido -- por ejemplo, si un sistema de líneas del campo magnético se ata en un nudo, después ellos permanecerá para de largo pues el líquido/el plasma tiene resistencia insignificante. Esta dificultad en volver a conectar líneas del campo magnético permite almacenar energía moviendo el líquido o la fuente del campo magnético. La energía puede entonces estar disponible si las condiciones para la magnetohidrodinámica ideal analizan, no prohibiendo a la reconexión magnética que lanza la energía almacenada del campo magnético.

Ecuaciones ideales de la magnetohidrodinámica

Las ecuaciones ideales de la magnetohidrodinámica consisten en la ecuación (masa) de la continuidad, la ecuación del ímpetu, la ley de amperio en el límite de ninguÌn campo eléctrico y de ninguna difusivadad del electrón, y una ecuación de la evolución de la temperatura. Como con cualquier descripción flúida a un sistema cinético, una aproximación del encierro se debe aplicar al momento más alto de la ecuación de la distribución de la partícula. Esto se logra a menudo con aproximaciones al flujo de calor con una condición del adiabaticity o del isothermality.

Aplicabilidad de la magnetohidrodinámica ideal a las plasmas

La magnetohidrodinámica ideal es solamente terminantemente aplicable cuando:

el plasma es fuerte colisional, de modo que escala de tiempo de colisiones sea más corto que los otros tiempos característicos en el sistema, y las distribuciones de la partícula están por lo tanto cerca de Maxwellian.

La resistencia debido a estas colisiones es pequeña. Particularmente, los tiempos magnéticos típicos de la difusión sobre cualquier longitud de escala presente en el sistema deben ser más largos que en caulquier momento la escala del interés.

Estamos interesados en escalas de la longitud mucho más de largo que el perpendicular de la profundidad de piel del ion y del radio de Larmor al campo, bastante tiempo a lo largo del campo no hacer caso del landó que humedece, y

escala de tiempo mucho más de largo que el tiempo del giro del ion (el sistema es liso y lentamente de desarrollo).

La importancia de la resistencia

En un líquido imperfecto que conduce, el campo magnético puede moverse generalmente a través del líquido, siguiendo una ley de la difusión con la resistencia de la porción del plasma como constante de difusión . Esto significa que las soluciones a las ecuaciones ideales de la magnetohidrodinámica son solamente aplicables por un tiempo limitado para una región de un tamaño dado antes de que la difusión llegue a ser demasiado importante no hacer caso. Uno puede estimar la época de la difusión a través de una región activa solar (de resistencia colisional) de ser centenares a los millares de años, mucho más de largo que el curso de la vida real de una mancha solar -- parecería tan razonable no hacer caso de la resistencia. Por el contrario, un volumen metro-clasificado de agua de mar tiene un rato magnético de la difusión medido en milisegundos.

Incluso en los sistemas físicos que son grandes y bastante conductores que las estimaciones simples sugieren que poder no hacer caso de la resistencia, la resistencia puede todavía ser importante: muchas inestabilidades existen que pueden aumentar la resistencia eficaz del del plasma en factores más que mil millones. La resistencia realzada es generalmente el resultado de la formación de estructura de la pequeña escala como las hojas actuales o la turbulencia magnética de la escala de la multa, introduciendo pequeñas escalas espaciales en el sistema sobre el cual la magnetohidrodinámica ideal es difusión quebrada y magnética puede ocurrir rápidamente. Cuando sucede esto, la reconexión magnética puede ocurrir en el plasma para lanzar la energía magnética almacenada mientras que el agita la aceleración mecánica a granel del del material, la aceleración de la partícula, y el calor . La reconexión magnética en sistemas alto conductores es importante porque concentra energía a tiempo y el espacio, de modo que las fuerzas apacibles aplicadas a un plasma por largos periodos del tiempo puedan causar explosiones y explosiones violentas de la radiación.

Cuando el líquido no se puede considerar como totalmente conductor, pero las otras condiciones para la magnetohidrodinámica ideal son satisfied, es posible utilizar un modelo extendido llamado magnetohidrodinámica resistente. Esto incluye un término adicional en la ley de amperio que modela la resistencia colisional. Las simulaciones de computadora de la magnetohidrodinámica son generalmente por lo menos algo resistentes porque su rejilla de cómputo introduce una resistencia numérica.

La importancia de efectos cinéticos

Otra limitación de la magnetohidrodinámica (y de las teorías flúidas en general es que dependen de la asunción que el plasma es fuerte colisional (éste es el primer criterio enumerado arriba), de modo que escala de tiempo de colisiones sea más corto que los otros tiempos característicos en el sistema, y las

distribuciones de la partícula son Maxwellian . Éste no es generalmente el caso en la fusión, el espacio y plasmas astrofísicas. Cuando éste no es el caso, o estamos interesados en escalas espaciales más pequeñas, puede ser necesario utilizar un modelo cinético que explique correctamente la forma non-Maxwellian de la función de distribución. Sin embargo, porque la magnetohidrodinámica es muy simple, y captura muchas de las características importantes de las dinámicas del plasma, es a menudo cualitativo exacta, y es casi invariable el primer modelo intentado.

Los efectos que son esencialmente cinéticos y no capturados por los modelos flúidos incluyen las capas dobles, el landó que humedece, una amplia gama de inestabilidades, la separación química en plasmas de espacio y el fugitivo del electrón.

Estructuras en sistemas de la magnetohidrodinámica

En muchos sistemas de la magnetohidrodinámica, la mayor parte de la corriente eléctrica es comprimida en las cintas finas, casi-dos-dimensionales llamadas las hojas de la corriente que éstas pueden dividir el líquido en dominios magnéticos, dentro de cuyo las corrientes son relativamente débiles. Hojas actuales adentro la corona solar está probablemente entre algunos metros y algunos kilómetros en el grueso, que es absolutamente fino comparado a los dominios magnéticos (que son millares a los centenares de millares de kilómetros a través). Otro ejemplo está en la magnetosfera de la tierra, donde las hojas actuales separan topológico dominios distintos, aislando la mayor parte de la ionosfera de la tierra del viento solar .

Extensiones a la magnetohidrodinámica

Magnetohidrodinámica resistente

La magnetohidrodinámica resistente describe los líquidos magnetizados con difusivadad finita del electrón (\ eta \ neq0). Esta difusivadad lleva a una adaptación la topología magnética.

Magnetohidrodinámica extendida

La magnetohidrodinámica extendida describe una clase de fenómenos en las plasmas que son una orden más alta que la magnetohidrodinámica resistente, pero que puede ser tratado adecuado con una sola descripción flúida. Éstos incluyen los efectos de la física de Pasillo, de los gradientes de presión del electrón, de los radios finitos de Larmor en el gyromotion de la partícula, y de la inercia del electrón.

Magnetohidrodinámica del Dos-Líquido

La magnetohidrodinámica del Dos-Líquido describe las plasmas que incluyen un campo eléctrico no-insignificante. Consecuentemente, el electrón y los

ímpetus del ion se deben tratar por separado. Esta descripción se ata más de cerca a las ecuaciones del maxwell mientras que existe una ecuación de la evolución para el campo eléctrico.

Magnetohidrodinámica de Pasillo

En 1960, el M. Lighthill criticó la aplicabilidad de la teoría ideal o resistente de la magnetohidrodinámica para las plasmas. Se refirió a la negligencia del " Term" de la corriente de Pasillo;, una simplificación frecuente hecha en teoría de la fusión por confinamiento magnético. la Pasillo-magnetohidrodinámica (HMHD) considera esta descripción del campo eléctrico de la magnetohidrodinámica. La diferencia más importante está ésa en la ausencia de línea de campo que se rompe, el campo magnético se ata a los electrones y no al líquido a granel.

Ingeniería

La magnetohidrodinámica se relaciona con los problemas de la ingeniería tales como confinamiento del plasma, enfriamiento del líquido-metal de los reactores nucleares y bastidor electromágnetico (entre otros).

En principio de los 90, el Mitsubishi construyó un barco, el “ Yamato ,” que utiliza una impulsión magnetohidrodinámica, es conducido por un helio líquido - superconductor refrescado, y puede viajar en 15 kilómetros por hora .

La producción de energía de la magnetohidrodinámica aprovisionó de combustible por el gas de combustión potasio-sembrado del carbón demostró el potencial para una conversión de energía más eficiente (la ausencia de piezas móviles sólidas permite la operación en temperaturas más altas), solamente fallada debido a las dificultades técnicas prohibitivas del coste.

Historia

El uso primero registrado de la magnetohidrodinámica del de la palabra está al lado de Hannes Alfvén en 1942: " del ; En el último algunas observaciones se hacen sobre la transferencia del ímpetu del Sun a los planetas, que es fundamental a la teoría (§11). La importancia de las ondas magnetohidrodinámicas a este respecto es. " precisado;

Magnetohidrodinámica (MHD)

Magnetohidrodinámica (comúnmente abreviado como MHD) es una disciplina científica bastante joven. Para ponerlo simplemente, se refiere a los principios de movimiento de un fluido afectado por un campo magnético. Principalmente desarrollado durante mas o menos las ultimas tres décadas, a penas ha llegado a su madurez. Por ejemplo, los científicos saben que la formación del universo de alguna forma dependió de los principios de MHD pero su papel exacto aun no es conocido.

Sin embargo, en años recientes los magnetos han estado en la vanguardia de nuevas tecnologías dramáticas aplicadas a medicina, ingeniería nuclear, termodinámica, propulsión y transporte. Ejemplos incluyen MRI, imágenes de resonancia magnética, que ha revolucionado la medicina diagnostica. Otras aplicaciones practicas de magnetohidrodinámicas incluyen mover barcos sin hélices y trenes sin ruedas!

Construyendo sobre estos desarrollos extraordinarios, nuestros investigadores e ingenieros han llevado la tecnología de intensificación de desempeño de sistemas de flujo de fluido al siglo 21 mediante magnetohidrodinámicas aplicadas para controlar la acumulación de escamas de mineral y corrosión inducida por escamas.

Nuestras Células de Poder Dinámico Fluido ENEFLOW patentadas pueden eliminar y controlar la acumulación de escamas en todo tipo de sistema de flujo de fluido causado por sales de tierra diamagnéticas disueltas en agua cruda – minimizando y a veces eliminando la necesidad de químicos o equipo complicado de mantener. Los mas comunes de estos minerales, por supuesto, son calcio y magnesio. Además, cuando las Células de Poder Dinámico Fluido ENEFLOW son instaladas en un sistema de flujo de fluido, pueden mejorar la función bactericida de desinfectantes, acelerar la difusión de reactivos y mejorar la eficiencia de resinas de intercambio de iones.

Los circuitos magnéticos revolucionarios de ENEFLOW incorporan generadores multi-polo, multi-axial, flujo magnético permanente que únicamente concentran las fuerzas magnéticas para un efecto eliminador de escamas máximo.

Las Células de Poder Dinámico Fluido de ENEFLOW son los únicos circuitos magnéticos permanentes disponibles que utilizan una mezcla metálica de níquel, cobalto, aluminio y boro hierro neodimio químicamente unido a ferrito magneto-cerámico. Los generadores de flujo magnético resultantes demuestran características de tratamiento de fluido extraordinarias la próxima generación en tecnología MHD aplicada para controlar escamas minerales en todo tipo de sistemas de flujo de fluido.

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.

OBJETIVOS:Se aborda el estudio de la dinámica de fluidos conductores y/o cargados eléctricamente sometidos a la acción de campos eléctricos

y magnéticos. Se distinguirá entre comportamientos Newtonianos y no-Newtonianos. El objetivo último es dotar al alumno de los conocimientos necesarios para comprender y desarrollar dispositivos (frenos, amortiguadores, etc.) utilizados, o susceptibles de serlo, como parte de sistemas mecatrónicos. 

CONTENIDOS:

Electromagnetismo. Ecuaciones de Maxwell. Fuerza de Lorentz.

Energía y momento de las ondas electromagnéticas. Tensor del

Campo Electromagnético. Potencial retardado. Campo eléctrico en la

materia. Magnetismo en la materia.

Electro-Magnetohidrodinámica. Fuerzas eléctricas y magnéticas en

un fluido cargado eléctricamente. Tensor de esfuerzos. Fluidos

Newtonianos. Ecuaciones generales que gobiernan el movimiento de

un fluido cargado eléctricamente en presencia de campos eléctricos

y magnéticos.  Magnetohidrodinámica y física de plasmas.

Magnetohidrodinámica. Cinemática. Magneto-hidrostática. Flujos

paralelos de un fluido conductor en un campo magnético. Rigidez

magnética. Flujos a bajos números de Reynolds magnético. Flujos a

altos números de Reynolds. Capas límites.

Electrohidrodinámica. Fuerzas eléctricas en un fluido dieléctrico.

Electrohidrostática. Descripción de algunos flujos sencillos de fluidos

cargados eléctricamente en presencia de un campo eléctrico.

Reología (Fluidos No-Newtonianos). Comportamientos no-

Newtonianos. Flujos reométricos y funciones del material. Reometría

rotacional. Ecuaciones constitutivas. Ecuación del Fluido Newtoniano

Generalizado. Ecuación del Fluido Viscoelástico Generalizado.

Electroreología. Suspensiones coloidales y fluidos electroreológicos.

Efectos electroviscosos. Materiales electroreológicos. Parámetros

que influyen en el efecto electroreológico. Fuerzas de interacción.

Comportamiento reológico. Modelos del efecto electroreológico.

Aplicaciones de la electroreología.

Magnetoreología. Suspensiones magnetoreológicas. Fuerzas de

interacción. Fluidos magnetoreológicos. Estructuración de un fluido

magnetoreológico. Reología de fluidos magnetoreológicos.

Aplicaciones de la magnetoreología.

Competencias y Resultados del Aprendizaje: COMPETENCIAS

Las Competencias Generales

CGM1, CGM2, CGM3, CGM4,

CGD1, CGD2, CGD3, CGD4,

CGD5, CGD6, CGD8.

Las Competencias Específicas

CE6, CE8.

Competencia Específica de 

Asignatura:

CA11 Conocer los

comportamientos de fluidos

sometidos a campos eléctricos y

magnéticos. Fluidos

newtonianos y no newtonianos.

RESULTADOS DEL APRENDIZAJE

1 Entender la influencia de los

campos Eléctrico y Magnético en

la dinámica de los fluidos.

2 Entender los conceptos de

flujo Newtoniano y no-

Newtoniano.

3 Saber abordar el estudio de la

respuesta mecánica de sistemas

electromagnéticamente  

activos.

4 Comprender el

comportamiento de los casos de

estudio.