Supercondutores para a energia do futuro - Os cabos de alta tecnologia permanecem frios graças ao vácuo

Supercondutores para a energia do futuro - Os cabos de alta tecnologia permanecem frios graças ao vácuo

Os supercondutores super-refrigerados permitem que a corrente flua sem resistência. A perda de energia durante o transporte é minimizada. O vácuo ajuda a gerar e a manter o arrefecimento necessário.
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O frio elimina a resistência

"Onde a eletricidade flui, há resistência": O físico holandês Heike Kamerlingh Onnes virou do avesso este postulado da ciência elétrica em 1911 quando descobriu o fenómeno da supercondução. De acordo com as regras da física quântica, alguns materiais perdem a sua resistência elétrica se forem arrefecidos a temperaturas muito baixas. A eletricidade pode, portanto, fluir sem perda de energia. A perda por transporte nas redes elétricas europeias é de aproximadamente seis por cento. O transporte de eletricidade sem resistência pode, portanto, reduzir o número de centrais elétricas necessárias. No entanto, os cabos supercondutores do mundo real são uma construção bastante complexa de alta tecnologia.

O vácuo protege do calor

Os cabos supercondutores têm pouco em comum com as linhas de energia convencionais: são compostos por várias camadas, como uma mangueira de jardim com diferentes diâmetros colocados um dentro do outro. As camadas ativas contêm tiras supercondutoras feitas a partir de um material cerâmico. A temperatura de transição de tais materiais - ou o ponto em que o material assume propriedades de supercondutor - está entre menos 130 e menos 180 graus Celsius. Estas temperaturas são consideradas elevadas no contexto da física dos supercondutores; as cerâmicas são designadas como supercondutores de alta temperatura.

Mas, em comparação com a temperatura ambiente, o frio extremo continua a ser necessário. É por isso que o feixe de cabos é arrefecido com azoto refrigerado por criogenia. Este atravessa constantemente o espaço oco que envolve a camada supercondutora. O cabo também tem um revestimento para proteger contra as influências da temperatura externa com duas paredes com vácuo entre si - isolamento de acordo com o mesmo princípio que um frasco térmico.

No projeto piloto da AmpaCity, um destes cabos funciona desimpedido ao longo de um quilómetro no centro da cidade de Essen entre dois postos de transformação. Passou o teste prático durante uma fase experimental de dois anos. Além de evacuar o revestimento de vácuo isolante, este projeto também usa tecnologia de vácuo para refrigerar o azoto. Na unidade de refrigeração, bombas de vácuo são usadas para manter o gás a uma temperatura significativamente menor que o seu ponto de ebulição de menos 196 graus Celsius.

Ganhos de eficiência e tecnologia médica

Apesar da sua complexa construção em camadas, os supercondutores são significativamente mais finos do que os cabos de cobre comparáveis: com o mesmo diâmetro, podem transportar cinco vezes mais eletricidade. Também suportam uma corrente muito mais forte do que os cabos convencionais. É por isso que os especialistas estão convencidos de que a nova tecnologia de cabos não só terá uma maior eficiência energética no transporte de eletricidade de alta tensão, como também economizará mais espaço - um aspeto essencial do projeto urbano em Essen. Os cabos supercondutores poderiam assumir o transporte de eletricidade a partir das linhas de energia fora das fronteiras da cidade permitindo a eliminação de algumas das subestações.

Os supercondutores também podem tornar os transformadores, geradores e motores mais eficientes. Ao substituírem os cabos de cobre, é possível criar modelos menores e mais leves. Motores elétricos leves e potentes também são interessantes para a aeronáutica. Alguns fabricantes de aeronaves já estão a considerar estes conceitos.

Aliás, há muito que os supercondutores são utilizados com sucesso em instalações de investigação e tecnologia médica. Por exemplo, os aceleradores de partículas estão equipados com bobinas magnéticas supercondutoras. Este tipo de ímanes também é usado em diagnósticos médicos. Graças à supercondutividade, a Ressonância Magnética (RM) gera campos magnéticos extremamente poderosos que "iluminam" o corpo sem exposição à radiação. A tecnologia de vácuo também ajuda com o arrefecimento e o isolamento em tais aplicações.

A Busch fornece sistemas de vácuo para refrigerar e isolar cabos supercondutores e bobinas magnéticas em todo o mundo.

Diagnósticos altamente precisos com RM

A Ressonância Magnética (RM, também chamada de Ressonância Magnética Nuclear) tornou-se parte integrante do diagnóstico médico. Esta proporciona imagens do corpo com muitos detalhes que não podem ser vistos numa imagem de raio-X. Com uma ressonância magnética, uma pessoa com a devida formação também pode identificar lesões nos músculos, ligamentos, tendões, vasos sanguíneos e até nervos. Isto faculta aos médicos informações cruciais para procedimentos cirúrgicos ou para o tratamento de doenças tumorais.

As imagens são produzidas usando campos magnéticos e ondas de rádio extremamente fortes, que fazem com que os núcleos de hidrogénio nos tecidos do corpo dancem. Este movimento, a rotação nuclear, cria ondas eletromagnéticas. Estas são gravados pela máquina de RM e traduzidas em imagens de alto contraste das estruturas do corpo usando a análise de dados. Em contraste com os raios-X, que são principalmente capazes de exibir ossos, as imagens das máquinas de ressonância magnética também mostram os tecidos moles do corpo com uma elevada resolução. Dado que a máquina executa a medição em camadas com a espessura de um milímetro, estas imagens também podem ser compiladas para criar imagens em 3D. O campo magnético necessário para o processo de obtenção da imagem é 20.000 a 100.000 vezes mais forte que o da Terra, dependendo da aplicação. Este tipo de intensidades de campo só pode ser criado e mantido com bobinas magnéticas supercondutoras.


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