Superconductores para la energía del futuro - Los cables de alta tecnología se mantienen fríos gracias al vacío

Superconductores para la energía del futuro - Los cables de alta tecnología se mantienen fríos gracias al vacío

Los superconductores superenfriados permiten que la corriente fluya sin resistencia. La pérdida de energía durante el transporte se reduce al mínimo. El vacío ayuda a generar y mantener el frío necesario.
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El frío elimina la resistencia

"Donde fluye la electricidad, hay resistencia": El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes echó por tierra este postulado de la ciencia eléctrica en 1911 cuando descubrió el fenómeno de la superconductividad, dado que, de acuerdo con las reglas de la física cuántica, algunos materiales pierden su resistencia eléctrica si se enfrían a temperaturas muy bajas. Por tanto, la electricidad puede fluir sin que se pierda energía. La pérdida por transporte en las redes eléctricas europeas es aproximadamente del seis por ciento, por lo que si la electricidad se pudiera transferir sin resistencia, se podría reducir el número de centrales eléctricas necesarias. No obstante, los cables superconductores de la vida real tienen una estructura de alta tecnología bastante compleja.

El vacío protege del calor

Los cables superconductores tienen poco en común con los cables eléctricos convencionales, ya que constan de varias capas, como una manguera con distintos diámetros colocados uno dentro del otro. Las capas sometidas a tensión contienen bandas superconductoras hechas de un material cerámico. La temperatura de transición de esos materiales (o el punto en que el material adquiere propiedades superconductoras) está entre menos 130 y menos 180 °C. Estas temperaturas se consideran altas en el contexto de la física de superconductores (de hecho, la cerámica se denominan superconductores de alta temperatura).

Pero en comparación con la temperatura ambiente, se sigue necesitando un frío extremo. Por ello, el haz de cables se enfría con nitrógeno líquido enfriado criogénicamente, que fluye constantemente por el espacio vacío que rodea la capa superconductora. El cable también tiene un revestimiento que lo protege contra la influencia de la temperatura externa, con dos paredes y un vacío entre ellas: este aislamiento sigue el mismo principio que un termo.

En el proyecto piloto AmpaCity, un cable de estas características recorre un kilómetro del centro de la ciudad de Essen entre dos estaciones transformadoras, tras superar el examen práctico durante una fase de prueba de dos años. Además de evacuar la camisa de aislamiento por vacío, este proyecto también utiliza la tecnología de vacío para refrigerar el nitrógeno. En la unidad de refrigeración se utilizan bombas de vacío para mantener el gas a una temperatura considerablemente inferior a su punto de ebullición, que es de menos 196 °C.

Mejoras en la eficiencia y en la tecnología médica

A pesar de su compleja estructura de capas, los superconductores son considerablemente más finos que un cable de cobre análogo: tienen el mismo diámetro, pero pueden transferir cinco veces más electricidad. También son capaces de soportar corrientes mucho más intensas que los cables convencionales. Por esta razón, los expertos están convencidos de que la nueva tecnología de cables no solo será una solución que mejore la eficiencia energética de la transferencia de electricidad en la red de suministro, sino que también ahorrará espacio: un aspecto esencial para el proyecto urbano de Essen. Los cables superconductores podrían asumir la transferencia de la electricidad a partir de las líneas eléctricas de fuera de las ciudades y prescindir de algunas subestaciones.

Los superconductores también podrían mejorar la eficiencia de los transformadores, generadores y motores. Si sustituyen a los cables de cobre, será posible crear modelos más pequeños y ligeros. Los motores ligeros pero potentes podrían ser interesantes incluso para motores de avión. Algunos fabricantes de aviones ya están tomando en consideración este tipo de ideas.

Dicho sea de paso, hace tiempo que los superconductores demostraron su utilidad en los centros de investigación y en la tecnología médica. Por ejemplo, los aceleradores de partículas están equipados con bobinas magnéticas superconductoras. Este tipo de imanes también se utilizan en el diagnóstico médico. Gracias a la superconductividad, la obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM) genera campos magnéticos extremadamente potentes que "iluminan" el cuerpo sin exponerlo a radiación. La tecnología de vacío también proporciona refrigeración y aislamiento en estas aplicaciones.

Busch suministra sistemas de vacío para la refrigeración y el aislamiento de cables superconductores y bobinas magnéticas en todo el mundo.

Diagnósticos de alta precisión con la IRM

La obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM, que a veces se denomina "imagen por resonancia magnética nuclear") se ha convertido en una parte integral del diagnóstico médico. Proporciona imágenes del cuerpo con muchos detalles que no se aprecian en una imagen de rayos X. Con una IRM, un experto también puede detectar daños en músculos, ligamentos, tendones, vasos sanguíneos e incluso nervios. De este modo, los médicos pueden acceder a una información de vital importancia para efectuar intervenciones quirúrgicas o tratar enfermedades tumorales.

Las imágenes se crean utilizando ondas de radio y campos magnéticos extremadamente potentes, que hacen que los núcleos de hidrógeno de los tejidos corporales "bailen". Este movimiento, el espín nuclear, crea ondas electromagnéticas. Estas ondas son grabadas por la máquina de IRM y se traducen en imágenes de alto contraste que muestran las estructuras del cuerpo utilizando el análisis de datos. A diferencia de los rayos X, que principalmente muestran huesos, las imágenes de las máquinas de IRM también muestran los tejidos blandos del cuerpo en alta resolución. Dado que la máquina realiza la medición en capas de 1 mm de grosor, estas imágenes también se pueden compilar para crear imágenes 3D. El campo magnético necesario para la obtención de imágenes es entre 20 000 y 100 000 veces más potente que el de la tierra, en función de la aplicación. Tales intensidades solo se pueden crear y mantener con bobinas magnéticas superconductoras.


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