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Densidad de Potencia y Propiedades Termoquímicas de Generadores Magnetohidrodinámicos de Hidrógeno (H2MHD) a Diferentes Presiones, Tipos de Semillas, Niveles de Semillas y Oxidantes

Autores: Marzouk, Osama A.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Densidad de Potencia y Propiedades Termoquímicas de Generadores Magnetohidrodinámicos de Hidrógeno (H2MHD) a Diferentes Presiones, Tipos de Semillas, Niveles de Semillas y Oxidantes


Categoría

Energía

Subcategoría

Energías renovables

Palabras clave

Hidrógeno
Derivados
Plasma
Densidad de potencia
Cesio
Potasio

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El hidrógeno y algunos de sus derivados (como el e-metanol, el e-metano y el e-amoníaco) son portadores de energía prometedores que tienen el potencial de reemplazar los combustibles convencionales, eliminando así sus perjudiciales impactos ambientales. Un uso innovador del hidrógeno como combustible de cero emisiones es la formación de plasma débilmente ionizado al sembrar los productos de combustión del hidrógeno con una pequeña cantidad de vapor de un metal alcalino (cesio o potasio). Este plasma formado puede ser utilizado como fluido de trabajo en generadores de energía magnetohidrodinámica (OCMHD) de ciclo abierto supersónico. En estos generadores OCMHD, la electricidad de corriente continua (CC) se genera de manera directa sin generadores de turbina rotativos. En el estudio actual, exploramos cuantitativa y cualitativamente los niveles de conductividad eléctrica y la densidad de potencia eléctrica volumétrica resultante en un canal supersónico OCMHD típico, donde el plasma de equilibrio térmico se acelera a un número de Mach de dos (Mach 2) mientras está sujeto a un fuerte campo magnético aplicado (densidad de flujo del campo magnético aplicado) de cinco teslas (5 T), y a una temperatura de 2300 K (2026.85 grados C). Variamos la presión total de la mezcla de gas sembrada de pre-ionización entre 1/16 atm y 16 atm. También variamos el nivel de siembra entre 0.0625% y 16% (fracción molar de pre-ionización). También variamos el tipo de semilla entre cesio y potasio. También variamos el tipo de oxidante entre aire (mezcla de oxígeno-nitrógeno, 21-79% en moles) y oxígeno puro. Nuestros resultados sugieren que la densidad de potencia ideal puede alcanzar niveles excepcionales más allá de 1000 MW/m3 (o 1 kW/cm3) siempre que la presión absoluta total se pueda reducir a aproximadamente 0.1 atm y se utilice cesio para la siembra en lugar de potasio. Bajo la combustión de aire-hidrógeno atmosférico (1 atm de presión absoluta total) y una fracción molar de 1% de vapor de metal alcalino sembrado, la densidad de potencia volumétrica teórica es de 410.828 MW/m3 en el caso del cesio y 104.486 MW/m3 en el caso del potasio. La densidad de potencia puede mejorarse utilizando cualquiera de las siguientes técnicas: (1) reduciendo la presión total, (2) utilizando cesio en lugar de potasio para la siembra, y (3) utilizando aire en lugar de oxígeno como oxidante (si la temperatura no cambia). Se recomienda un nivel de siembra entre 1% y 4% (fracción molar de pre-ionización). Niveles de siembra mucho más bajos o mucho más altos pueden perjudicar el rendimiento del OCMHD. El nivel de siembra que maximiza la potencia eléctrica no es necesariamente el mismo nivel de siembra que maximiza la conductividad eléctrica, y esto se debe a cambios termoquímicos adicionales causados por el aditivo de siembra. Por ejemplo, en el caso de la siembra de potasio y la combustión de aire, la conductividad eléctrica se maximiza con aproximadamente 6% de fracción molar de siembra, mientras que la potencia de salida se maximiza a un nivel de potasio más bajo de aproximadamente 5%. También presentamos un conjunto completo de propiedades termoquímicas computadas de los gases de combustión sembrados, como el peso molecular y la velocidad del sonido.

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