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Cables superconductores superfinos
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han encontrado una manera de fabricar cables de alimentación superconductores de alta temperatura que tienen una décima parte del diámetro de los cables superconductores existentes, pero que pueden transportar la misma cantidad de corriente. Los cables delgados y flexibles podrían abrir nuevas aplicaciones en la transmisión de energía eléctrica y podrían dar lugar a nuevos imanes potentes.
Bobina superconductora: La sección transversal de un nuevo tipo de cable superconductor de alta temperatura muestra un núcleo de cobre de múltiples hilos enrollado en espiral con cintas superconductoras.
Los cables podrían proporcionar un reemplazo ligero y compacto para los cables de alimentación de cobre, dice un investigador del NIST. Gracias van der Laan , quien dirigió el trabajo. Los imanes superconductores fabricados con los cables generarían campos magnéticos mucho más altos de lo que son posibles en la actualidad. Campos tan elevados serían útiles para la física de altas energías y para las terapias de protones utilizadas en el tratamiento del cáncer.
Los superconductores conducen altas corrientes eléctricas sin calentarse ni perder potencia cuando se enfrían. Los imanes superconductores que se encuentran en los dispositivos de imágenes médicas y los aceleradores de partículas suelen utilizar aleaciones de niobio que se vuelven superconductores por debajo de 10 K (-263 ° C). Pero ciertos compuestos hechos de elementos de tierras raras, bario, cobre y oxígeno también se vuelven superconductores a temperaturas más altas de más de 70 K (-203 ° C), momento en el que pueden enfriarse usando nitrógeno líquido o gas helio.
Los cables superconductores de alta temperatura se han promocionado como una alternativa prometedora a los cables de cobre para la transmisión de energía eléctrica en entornos urbanos y espacios compactos. Eso es porque un solo cable superconductor podría reemplazar más de 10 cables de cobre, reduciendo el peso en más del 95 por ciento y eliminando la pérdida de calor.
Los cables de alimentación superconductores criogénicos se fabrican típicamente utilizando cintas superconductoras enrolladas alrededor de núcleos metálicos sólidos o huecos. Las cintas son finas tiras de metal recubiertas con una capa micrométrica de superconductor y películas de aislantes cerámicos. Los cables superconductores se han utilizado recientemente en pequeñas demostraciones de redes eléctricas. Por ejemplo, en 2006 se instaló un cable a base de bismuto en una subestación de servicios públicos en Columbus, Ohio. Tiene un diámetro de siete centímetros y puede transportar 3.000 amperios.
En comparación, van der Laan ha fabricado un cable de 7,5 milímetros de ancho que puede transportar 2.800 amperios. Otro tiene 6,5 milímetros de diámetro y puede transportar 1.200 amperios. Los cables se pueden doblar alrededor de un cable con un diámetro de menos de un cuarto de metro.
Van der Laan comienza con un núcleo hecho de múltiples hilos de cobre revestidos con aislamiento de nailon. Luego enrolla cintas superconductoras hechas de cuprato de bario y gadolinio en direcciones alternas alrededor del núcleo. Sus resultados experimentales se publicaron recientemente en línea en la revista Ciencia y tecnología de superconductores .
Los cables superconductores convencionales son más livianos que los hechos de cobre, pero aún son tan pesados que deben enterrarse bajo tierra, dice van der Laan. Los investigadores están buscando opciones para usarlos como líneas aéreas en lugar de subterráneas, dice, pero los cables convencionales han sido demasiado pesados para usarlos aéreos. Uno de los beneficios de nuestros cables es que son mucho más ligeros.
Hasta ahora, se suponía que no se podían hacer cables superconductores tan delgados, dice Venkat Selvamanickam , profesor de ingeniería mecánica y experto en superconductividad de alta temperatura en la Universidad de Houston. La preocupación era si las cintas podrían doblarse en núcleos de diámetro tan pequeño y aún mantener una alta capacidad de transporte de corriente sin ningún daño.
David Larbalestier , un científico del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, Florida, dice que los nuevos cables son un ejemplo perfecto de buena ingeniería. No hay nueva ciencia espacial aquí. Han aplicado técnicas perfectamente estándar para hacer un cable. Sin embargo, Larbalestier no cree que los nuevos cables lleguen fácilmente a la transmisión de potencia. A muchas personas les encantaría usar superconductores de alta temperatura para revolucionar la industria de servicios eléctricos, dice. Pero la industria es relativamente conservadora y no está acostumbrada a la criogenia. Por otro lado, el gran mercado multimillonario de superconductores está fabricando imanes que consumen muy poca energía.
Los imanes superconductores actuales contienen alambres de niobio-titanio enrollados en bobinas que pueden proporcionar como máximo 25 campos magnéticos de Tesla. Los imanes fabricados con los nuevos cables superconductores de alta temperatura podrían generar campos más altos y, al mismo tiempo, requerir menos energía para enfriar. .
El bajo peso y la flexibilidad son especialmente atractivos para los militares como reemplazo de los voluminosos cables de cobre que transportan grandes cantidades de energía desde generadores hasta armas y dispositivos a bordo de aviones y barcos. Si busca reemplazar los cables de cobre estándar en un barco de la Armada, debe poder pasar el cable a través de los conductos existentes con muchas curvas cerradas, dice van der Laan. Ahora está haciendo un cable de demostración para el ejército de los EE. UU. Investigadores en CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear) en Suiza también están interesados en utilizar los cables delgados para alimentar los varios miles de amperios de corriente a los imanes utilizados en el Gran Colisionador de Hadrones .