Apa itu Generator MHD: Desain, Prinsip Kerja & Aplikasi
Generator MHD adalah perangkat yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik dengan berinteraksi dengan fluida yang bergerak seperti gas terionisasi atau plasma dan medan magnet. Penggunaan pembangkit listrik MHD pertama kali diamati oleh 'Michael Faraday' selama 1791-1867 saat memindahkan zat listrik fluida melalui medan magnet tetap.
Pembangkit listrik MHD memberikan potensi untuk menghasilkan tenaga listrik dalam skala besar dengan dampak lingkungan yang berkurang. Ada berbagai jenis generator MHD yang dirancang berdasarkan jenis aplikasi dan bahan bakar yang digunakan. Generator MHD Pulsed digunakan untuk lokasi terpencil yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik pulsa yang besar.
Apa itu Generator MHD?
Definisi: Generator Magnetohydrodynamic (MHD) adalah perangkat yang menghasilkan daya secara langsung dengan berinteraksi dengan aliran fluida yang bergerak cepat, biasanya gas / plasma terionisasi. Perangkat MHD mengubah panas atau energi kinetik menjadi energi listrik .
Pengaturan khas generator MHD adalah turbin dan generator tenaga listrik bergabung menjadi satu unit dan tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga menghilangkan getaran dan kebisingan, membatasi keausan. MHD memiliki efisiensi termodinamika tertinggi karena beroperasi pada suhu yang lebih tinggi daripada turbin mekanis.
Desain Generator MHD
Efisiensi zat konduktif harus ditingkatkan untuk meningkatkan efisiensi operasional perangkat pembangkit listrik. Efisiensi yang diperlukan dapat dicapai bila gas dipanaskan menjadi plasma / fluida atau menambahkan zat yang dapat terionisasi lainnya seperti garam logam alkali.
Untuk merancang dan mengimplementasikan generator MHD, beberapa masalah seperti ekonomi, efisiensi, saluran hipo yang terkontaminasi dipertimbangkan. Tiga desain generator MHD yang paling umum adalah:
Desain Generator MHD Faraday
Desain generator Faraday yang sederhana mencakup pipa atau tabung berbentuk baji/pasak/apit yang terbuat dari bahan non-konduktif. Elektromagnet yang kuat menghasilkan medan magnet dan memungkinkan cairan konduktif melewatinya secara tegak lurus, sehingga menimbulkan tegangan. Elektroda ditempatkan pada sudut kanan ke medan magnet untuk mengekstrak daya listrik keluaran.
Desain ini menawarkan batasan seperti jenis bidang yang digunakan dan kepadatan. Akhirnya, jumlah daya yang ditarik menggunakan desain Faraday berbanding lurus dengan luas tabung dan kecepatan fluida konduktif.
Desain Generator MHD Hall
Arus keluaran yang sangat tinggi yang dihasilkan melalui Faraday mengalir bersama dengan saluran fluida dan bereaksi dengan medan magnet yang diterapkan sehingga menghasilkan Efek Hall. Dengan kata lain, arus yang mengalir bersama fluida akan menyebabkan hilangnya energi.
Arus total yang dihasilkan sama dengan penjumlahan vektor dari komponen melintasi (Faraday) dan arus aksial. Untuk menangkap kehilangan energi ini ( komponen Faraday dan Effect Hall ) dan meningkatkan efisiensi, konfigurasi yang berbeda dikembangkan.
Salah satu konfigurasi tersebut adalah dengan menggunakan pasangan elektroda yang dipecah menjadi rantai segmen dan ditempatkan berdampingan. Setiap pasangan elektroda diisolasi satu sama lain dan dihubungkan secara seri untuk mendapatkan tegangan yang lebih tinggi dengan arus yang lebih rendah.
Sebagai alternatif, elektroda, alih-alih tegak lurus, mereka sedikit miring agar sejajar dengan jumlah vektor arus Faraday dan Hall Effect, memungkinkan untuk mengekstraksi energi maksimum dari fluida konduktif. Gambar di bawah mengilustrasikan proses desain.
Desain Generator MHD Disc
Desain generator MHD efek Hall disc sangat efisien dan merupakan desain yang paling umum digunakan. Cairan mengalir di tengah generator disk. Saluran menutupi cakram dan cairan yang mengalir. Sepasang kumparan Helmholtz digunakan untuk menghasilkan medan magnet di atas dan di bawah cakram.
Arus Faraday mengalir melewati batas cakram, sedangkan arus Efek Hall mengalir antara elektroda cincin yang terletak di tengah dan batas cakram.
Prinsip Kerja Generator MHD
Generator MHD biasanya disebut sebagai dinamo fluida, yang dibandingkan dengan dinamo mekanik - konduktor logam ketika dilewatkan melalui medan magnet menghasilkan arus dalam sebuah konduktor.
Namun, dalam generator MHD, fluida konduktor digunakan sebagai pengganti konduktor logam. Saat fluida berjalan (konduktor) bergerak melalui medan magnet, ia menghasilkan medan listrik yang tegak lurus dengan medan magnet. Proses pembangkit tenaga listrik melalui MHD didasarkan pada prinsip hukum Faraday dari induksi elektromagnetik.
Ketika fluida penghantar mengalir melalui medan magnet, tegangan dihasilkan melintasi fluida dan tegak lurus dengan aliran fluida dan medan magnet sesuai Aturan Tangan Kanan Fleming.
Menerapkan Aturan Tangan Kanan Fleming ke generator MHD, fluida konduktor dilewatkan melalui medan magnet 'B'. Fluida konduktor memiliki partikel muatan bebas yang bergerak dengan kecepatan 'v'.
Efek partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan 'v' dalam medan magnet konstan diberikan oleh Hukum Gaya Lorentz. Bentuk paling sederhana dari deskripsi ini diberikan di bawah ini oleh persamaan vektor.
F = Q (v x B)
Dimana,
- F adalah gaya yang bekerja pada partikel.
- Q adalah muatan partikel,
- v adalah kecepatan partikel, dan
- B adalah medan magnet.
Vektor F tegak lurus dengan v dan B menurut aturan tangan kanan.
Cara Kerja Generator MHD
Diagram pembangkitan listrik MHD ditunjukkan di bawah ini dengan modul sistem yang memungkinkan. Pertama-tama, generator MHD membutuhkan sumber gas bersuhu tinggi, yang dapat berupa pendingin reaktor nuklir atau dapat berupa gas pembakaran bersuhu tinggi yang dihasilkan dari batu bara.
Saat gas dan bahan bakar melewati nosel ekspansi, ia menurunkan tekanan gas dan meningkatkan kecepatan fluida / plasma melalui saluran MHD, dan meningkatkan efisiensi keseluruhan dari keluaran daya. Panas knalpot yang dihasilkan dari fluida melalui saluran adalah daya DC. Ini digunakan untuk menjalankan kompresor untuk meningkatkan laju pembakaran bahan bakar.
Cara Kerja Siklus MHD dan Cairan
Bahan bakar seperti batu bara, minyak, gas alam, dan bahan bakar lain yang mampu menghasilkan suhu tinggi dapat digunakan di generator MHD. Selain itu, generator MHD dapat menggunakan energi nuklir untuk menghasilkan listrik.
Generator MHD terdiri dari dua jenis - sistem siklus terbuka dan siklus tertutup. Dalam sistem siklus terbuka, fluida kerja hanya dialirkan satu kali melalui saluran MHD. Ini menghasilkan gas buang setelah menghasilkan energi listrik, yang dilepaskan ke atmosfer melalui tumpukan. Fluida kerja dalam sistem siklus tertutup didaur ulang ke sumber panas untuk digunakan kembali berulang kali.
Fluida kerja yang digunakan pada sistem siklus terbuka adalah udara, sedangkan helium atau argon digunakan dalam sistem siklus tertutup.
Kelebihan Generator MHD
Keuntungan dari generator MHD meliputi yang berikut ini.
- Generator MHD mengubah panas atau energi panas secara langsung menjadi energi listrik
- Tidak ada bagian yang bergerak, jadi kerugian mekanis akan minimal
- Sangat efisien Memiliki efisiensi operasional yang lebih tinggi daripada generator konvensional, oleh karena itu, biaya keseluruhan pabrik MHD lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit uap konvensional
- Biaya operasional dan pemeliharaan lebih sedikit
- Ia bekerja pada semua jenis bahan bakar dan memiliki pemanfaatan bahan bakar yang lebih baik
Kekurangan Generator MHD
Kelemahan dari generator MHD meliputi berikut ini.
- Membantu dalam jumlah kerugian yang tinggi yang mencakup kerugian gesekan fluida dan perpindahan panas
- Membutuhkan magnet besar, yang menyebabkan biaya lebih tinggi dalam mengimplementasikan generator MHD
- Temperatur pengoperasian yang tinggi dalam kisaran 200°K hingga 2400°K akan lebih cepat menimbulkan korosi pada komponen
Aplikasi Generator MHD
Kegunaan generator ini adalah
- Generator MHD digunakan untuk menggerakkan kapal selam, pesawat terbang, eksperimen terowongan angin hipersonik, aplikasi pertahanan, dan sebagainya.
- Mereka digunakan sebagai sistem catu daya tanpa gangguan dan sebagai pembangkit listrik di industri
- Mereka dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik untuk aplikasi rumah tangga
Pertanyaan
1). Apa itu generator MHD praktis?
Generator MHD praktis dikembangkan untuk bahan bakar fosil. Namun, hal ini diambil alih oleh siklus gabungan berbiaya rendah, di mana gas buang turbin gas memanaskan uap untuk menjalankan turbin uap.
2). Apa yang dimaksud dengan penyemaian dalam generasi MHD?
Penyemaian adalah proses penyuntikan bahan penyemaian seperti kalium karbonat atau sesium ke dalam plasma / fluida untuk meningkatkan daya hantar listrik.
3). Bagaimana aliran MHD?
Gerakan lambat suatu fluida dapat digambarkan sebagai gerakan yang teratur dan rapi. Setiap gangguan pada kecepatan aliran, menyebabkan turbulensi, mengubah karakteristik aliran dengan cepat.
4). Bahan bakar apa yang digunakan dalam pembangkit listrik MHD?
Gas pendingin seperti helium dan karbon dioksida digunakan sebagai plasma di reaktor nuklir untuk mengarahkan pembangkit listrik MHD.
5). Bisakah plasma menghasilkan listrik?
Plasma adalah konduktor listrik yang baik karena memiliki banyak elektron bebas. Ini menjadi konduktif secara elektrik ketika medan listrik dan magnet diterapkan dan itu mempengaruhi perilaku partikel bermuatan.
Artikel ini memberikan penjelasan rinci tentang gambaran umum generator MHD, yang menghasilkan listrik menggunakan cairan logam. Kami juga membahas prinsip generator MHD, desain, dan metode kerja. Selain itu, artikel ini menyoroti kelebihan dan kekurangan serta berbagai aplikasi generator MHD.