DARPA ve la oportunidad de hacer realidad un propulsor magnetohidrodinámico eficiente y escalable.
Desde la década de 1960, investigadores académicos, comerciales y militares han intentado crear una novedosa forma de propulsión marítima sin piezas móviles (ni hélices, ni ejes de transmisión, ni juntas), sólo imanes y una corriente eléctrica que propulsen silenciosamente una embarcación o un submarino en el agua.
A lo largo de décadas, se ha logrado demostrar la tecnología de propulsión magnetohidrodinámica (MHD) a pequeña escala, pero ha resultado ineficaz y poco práctica para los sistemas a gran escala debido a un par de grandes obstáculos tecnológicos. El primero ha sido la incapacidad de generar campos magnéticos lo bastante potentes como para permitir bombas de alta eficiencia. El segundo ha sido la falta de materiales para los electrodos capaces de resistir la corrosión, la hidrólisis y la erosión provocadas por la interacción de los campos magnéticos, la corriente eléctrica y el agua salada. En los últimos años se han logrado avances en la generación de campos magnéticos elevados, pero el problema de los materiales de los electrodos persiste.
Para hacer frente a este problema, DARPA ha anunciado el programa Principles of Undersea Magnetohydrodynamic Pumps (PUMP), cuyo objetivo es crear nuevos materiales de electrodos adecuados para una propulsión MHD de relevancia militar. El programa ensamblará y validará herramientas de modelado y simulación multifísica que incluyen hidrodinámica, electroquímica y magnetismo para escalar diseños MHD. El objetivo del programa es determinar un sistema de materiales de electrodos y crear un prototipo de accionamiento MHD que pueda ampliarse.
«La mejor eficiencia demostrada hasta la fecha en un accionamiento magnetohidrodinámico fue en 1992 en el Yamato-1, un buque de 30 metros que alcanzó 6,6 nudos con el 30% de eficiencia mediante un campo magnético de aproximadamente 4 Tesla», explica Susan Swithenbank, directora del programa PUMP en la Defense Sciences Office de DARPA. «En los dos últimos años, la industria comercial de la fusión ha logrado avances en los imanes de óxido de cobre y bario de tierras raras (REBCO), que han demostrado campos magnéticos a gran escala de hasta 20 Tesla que podrían alcanzar una eficiencia del 90% en un accionamiento magnetohidrodinámico, algo que merece la pena perseguir. Ahora que se ha roto el techo de cristal en la generación de campos magnéticos elevados, PUMP pretende lograr un gran avance para resolver el reto de los materiales de los electrodos».
Uno de los principales problemas cuando interactúan la corriente eléctrica, el campo magnético y el agua salada es la formación de burbujas de gas en la superficie de los electrodos. Las burbujas reducen la eficacia y pueden colapsar y erosionar las superficies de los electrodos. PUMP abordará distintos enfoques para reducir el efecto de la hidrólisis y la erosión. El programa también permitirá modelizar las interacciones entre el campo magnético, la hidrodinámica y las reacciones electroquímicas, que se producen en diferentes escalas de tiempo y longitud.
«Esperamos aprovechar los conocimientos sobre nuevos recubrimientos de materiales de los sectores de pilas de combustible y baterías, ya que se enfrentan al mismo problema de generación de burbujas», explica Swithenbank. «Buscamos expertos en todos los campos que abarcan la hidrodinámica, la electroquímica y el magnetismo para formar equipos que nos ayuden a realizar finalmente un accionamiento magnetohidrodinámico a escala militarmente relevante».
PUMP es un programa de 42 meses de duración. Existen múltiples enfoques posibles para el sistema MHD, entre ellos el conductivo y el inductivo. El enfoque conductivo implica una corriente conductora entre un par de electrodos dentro de un campo magnético. El enfoque inductivo utiliza un campo magnético y una corriente eléctrica que varían con el tiempo.
Se espera que a finales de mayo o principios de junio de 2023 se publique en www.SAM.gov un anuncio de licitación con todos los detalles del programa.
Fte. DARPA
