Resumen

Se investigó, ajustó e implementó un modelo numérico de un arco eléctrico basado en la Teoría de Magnetohidrodinámica como un modelo definido por el usuario en ANSYS FLUENT. El objetivo de este modelo era calcular simultáneamente los campos eléctricos y magnéticos, lo que no es posible con el modelo ANSYS MHD incorporado. Este modelo personalizado se aplicó luego a un problema que describía la apertura de contactos entre los cuales se creó un arco eléctrico. El desarrollo del arco fue investigado por su campo de temperatura. Se realizó una comparación del modelo incorporado y presentado.

1. Introducción

La magnetohidrodinámica (MHD) se utiliza para describir un flujo de fluidos conductores de electricidad (metales fundidos, electrolitos fuertes y plasmas) en presencia de un campo electromagnético. En términos de una MHD de plasma, se tienen en cuenta ciertas suposiciones, que se describirán más adelante en el texto. Esto simplifica el modelo matemático, pero reduce el rango de aplicación sólo a flujos no relativistas. Aún así, los fenómenos plasmáticos son bastante complejos, ya que consisten en dinámica de fluidos, termodinámica, reacciones químicas, electromagnetismo y a veces incluyen el movimiento de partes mecánicas. Debido a estos complejos mecanismos, muchos investigadores se basan en experimentos para investigar el fenómeno del plasma. Sin embargo, a veces es difícil medir ciertos parámetros como la velocidad del gas o la distribución de la temperatura o el campo magnético inducido. Se vuelve aún más complicado cuando el plasma está encerrado, y no se puede utilizar una cámara de alta velocidad. Como estos experimentos suelen ser costosos y llevan mucho tiempo, es favorable utilizar simulaciones numéricas como complemento o incluso como método alternativo. Con el uso de simulaciones numéricas es posible obtener una visión general del proceso y al mismo tiempo obtener resultados cuantificables. Esto permite acelerar el diseño y la optimización de los procesos, al tiempo que se reducen los costos, ya que la cantidad de prototipos y experimentos disminuirá [1].

La simulación presentada en este trabajo describe una apertura de contactos entre los cuales se crea un arco eléctrico. Este fenómeno es una parte importante de los interruptores automáticos, que se utilizan para interrumpir las corrientes de falla. La apertura de los contactos conduce a la formación de un arco eléctrico, que luego se mueve a lo largo de los electrodos hacia un área de extinción, donde el arco se extingue, y la corriente de falla es finalmente cortada. Una descripción más detallada de un interruptor de circuito se puede encontrar en [1, 2].

Además de diseñar y optimizar los interruptores automáticos como una característica de seguridad para los sistemas de potencia, se pueden encontrar aplicaciones generales de MHD en las tecnologías navales. Por ejemplo, la Armada de los Estados Unidos está cambiando los dispositivos neumáticos e hidráulicos por los electromagnéticos y también están reemplazando los sistemas de armas tradicionales, que son de naturaleza química y termodinámica, por armas de energía dirigida y eléctrica.

• Materias:Hidrodinámica Dinámica de fluidos - Matemáticas Campos electromagnéticos
• Subjects:Hydrodynamics Fluid dynamics - Mathematics Electromagnetic fields
• Palabras claves:Fluido ANSYS, CFD, magnetohidrodinámica, plasma.
• Keywords:ANSYS Fluent, CFD, magnetohydrodynamics, plasma.