8e_EAIEE_MAGNETOIDRODINAMICA (ultima modifica 13/01/2015) Generatore termo acustico 1
Il generatore termo-acustico I generatori termo-acustico offrono un mezzo unico di conversione dell'energia termica in energia meccanica: senza le parti in movimento e senza circolazione di fluido. Essi sono confrontabili ai motori Stirling con il vantaggio di essere più semplici. La trasformazione successiva della l'energia meccanica in energia elettrica può essere quindi realizzata in diversi modi. I generatori MHD offrono un'eccellente opportunità in questo settore, in particolare utilizzando i fenomeni della induzione. 2
Il generatore termo-acustico Viene utilizzata una combinazione di un generatore termo-acustico con un generatore ad induzione di nuova concezione per ottenere corrente elettrica regolabile in tensione e intensità di corrente, erogata alla frequenza dell'onda termo-acustica. Il sistema è stato sottoposto a simulazione numerica ed è fatto un programma sperimentale tra partner accademici e industriali. Allo scopo di produrre energia elettrica, in sedi isolate come villaggi isolati e isole, è previsto lo sfruttamento del processo usando un collettore solare (parabolica o cilindrica parabolica) 3
REMARK Il principio del motore Stirling è conosciuto da lungo tempo. Il sistema termo-acustico ha la stessa potenzialità di applicazioni del Motore Stirling. Ad esempio la capacità essere reversibile e di essere in grado di produrre freddo è uno degli aspetti comuni dei due sistemi. La valutazione della efficienza può essere fatta sulla base di tale aspetto. Il pastore Robert Stirling è nato il 25 octobre1790, a Gloag nel Perthshire, in Scozia. Morì 6 Giugno 1878 in Galston, una città 30 km a sud di Glasgow. Ma considerando la semplicità e la potenza specifica certamente il sistema termo-acustico MHD è il migliore. 4
Il generatore termoacustico consente la produzione di energia meccanica, che viene prodotta con onde di pressione che comportano oscillazioni della velocità in un fluido comprimibile. La conversione di energia meccanica in energia elettrica può essere realizzato in diversi modi: E possibile, per ad esempio, utilizzare piezo-elettricità. Tuttavia, questo metodo semplice fornisce una potenza limitata (pochi watt massimo). Altre soluzioni possono essere basati sull'uso di una macchina rotante. Questa possibilità è necessariamente accompagnato da parti in movimento che limita l'interesse, poiché lo scopo è il costruzione di un generatore senza parti in movimento. Altre possibilità sono basate sull'uso di macchine asincrone lineari utilizzando pistoni solidi per creare variazioni di flusso magnetico in una bobina e quindi generare potenza elettrica. Anche se molto più semplice rispetto alle precedenti proposte, questa opzione comporta la presenza di parti meccaniche in movimento. 5
La possibilità di collegare l'effetto termo-acustico con l'effetto MHD è molto interessante; non coinvolge le parti in movimento. Questo tipo di generatore, basato sull'uso di metallo liquido, è già stato proposto e testato con successo. Il principio si basa sul concetto di pompe elettromagnetiche che lavorano nei generatori. Le pompe trasformano l'energia elettromagnetica in energia meccanica ed esattamente una trasformazione inversa avviene nei generatori. 6
1) Il primo sistema teoricamente consente un'eccellente efficienza, ma con condizioni di carico lontane dalle esigenze reali. 2) La seconda possibilità di utilizzare il meccanismo di induzione si presta meglio alle finalità da raggiungere, in quanto i generatori termo-acustici forniscono direttamente energia meccanica alternata, perfettamente compatibile con l'utilizzo di generatori MHD basati su variazioni di flusso magnetico. Questo sistema comporta l uso di un nuovo tipo di generatore ad induzione utilizzando le oscillazioni del metallo liquido prodotto dall effetto termoacustico. 7
Descrizione del generatore Il principio del generatore MHD induzione si basa sull'oscillazione di un metallo liquido in presenza di un campo magnetico permanente impresso. L'interazione tra le oscillazioni della velocità del metallo u e il campo magnetico B, induce una corrente elettrica pulsante alla stessa frequenza delle oscillazioni della velocità. Tali pulsazioni, a sua volta, creano un campo magnetico indotto e un flusso magnetico pulsante che induce una corrente elettrica nella bobina connesso al carico. Le caratteristiche della corrente elettrica prodotta dipendono dalla caratteristica della bobina e dal carico. 8
Descrizione del generatore La forma del canale in cui oscilla il fluido possono essere modificati per ottenere una migliore efficienza energetica. Il generatore MHD stesso deve essere accoppiato con il generatore di termoacustico per ottenere un sistema autonomo, come illustrato in figura. Il generatore MHD può essere collocato tra due tubi termo-acustici. 9
Descrizione del generatore Il sistema è basato sull'impiego di gas come fluido termodinamico per fornire energia meccanica e del metallo liquido (sodio) nel generatore MHD per convertire l'energia meccanica in energia elettrica. Il sodio è il fluido più appropriato per questo trasferimento di energia, per la sua: bassa densità, che limitano gli effetti dovuti all'inerzia e elevata conducibilità elettrica che lo rende sensibile alla influenza di un campo magnetico. Il problema dell'interfaccia liquido-gas può essere risolto utilizzando la gravità terrestre, perché ponendo il generatore MHD sul fondo del sistema e le due parti termo-acustiche in alto. 10
Elementi principali del motore MHD a induzione b n turns of cross section S DU = - df/dt Induced electric current Coil of n turns R DU F = b.n.s Ring of permanent magnet producing DC magnetic field Induced AC magnetic field Electro conducting media of alternative motion.. Induced AC electric current Induced electric current Load resistance 11
OBTAINED CONFIGURATION Capacity Coil connected with the load Load High magnetic Permeability material Pulsation of The interface Permanent magnet Low magnetic Permeability material Liquid metal 12
MHD GENERATOR: THE DRAWING Ferromagnetic material Liquid metal flow Magnet The coil MHD GENERATOR: CROSS SECTION Ferromagnetic material Insulating material Magnet Liquid metal flow 13
Prospettive Attualmente sono stati studiati modelli numerici per generatori termoacustici, MHD. I modelli esistenti sono ancora incompleti per quanto riguarda gli effetti della turbolenza e di scala di scambiatori di calore sottoposti a un flusso pulsante a velocità media zero. Sono in fase di definizione esperimenti per convalidare le prestazioni dei generatori MHD modellati. 14