Motor de superconducción para incrementar la densidad de energía

La configuración experimental de los científicos: (1) criostato estacionario; (2) motor de inducción; (3) correas; (4) pasador, contactos—(a) cepillo, (b) arandelas. Crédito de la imagen: Ailam, et al. ©IEEE 2007.

El campo de los motores eléctricos ha entrado recientemente en una nueva era. Los motores eléctricos que ves a diario en sitios como lavadoras, muñecos y ventiladores usan los mismos principios básicos que los motores de hace 50 años. Pero con la entrada en uso de los cables superconductores para reemplazar las espirales de cable convencionales, los motores se han hecho más compactos, con mayor eficiencia energética, y menos caros, lo que tendrá ventajas particularmente para las grandes aplicaciones industriales.

Recientemente, los científicos El Hadj Ailam y sus colegas de la Universidad Henri Poincaré en Nancy, Francia y en el Centro de Sistemas de Energía Avanzada en Tallahassee, Florida, han diseñado y probado una máquina giratoria de superconducción basada en una topología poco convencional. Sus resultados, que se publicarán en IEEE Transactions on Applied Superconductivity, muestran una prometedoras oportunidades para el motor.

“Este trabajo tiene dos objetivos”, Ailam, quien actualmente se encuentra en el Centro Universitario Khemis Miliana en Argelia, dijo a PhysOrg.com. “Lo primero es demostrar la viabilidad de un motor eléctrico basado en la densidad del flujo magnético, y lo segundo es demostrar que los superconductores pueden mejorar significativamente los rendimientos de las máquinas eléctricas”.

Construido sobre los diseños de motores de alta temperatura de los últimos años, el motor de Ailam et al. Es un motor de baja temperatura, una máquina de ocho polos con un inductor de superconducción estacionario. Al contrario que las espiras de cobre, las espiras del inductor de niobio-titanio (NbTi) de este diseño no tiene resistencia eléctrica, lo cual es una de las mayores ventajas de los superconductores.

Cuando las dos espiras de NbTi son alimentadas con corrientes en movimiento en direcciones opuestas, estas corrientes crean un campo magnético. Situadas entre las dos espiras, cuatro placas de material superconductor (hechas de YBaCuO, u óxido de cobre, itrio y bario) dan forma y distribuyen las líneas de flujo magnético, las cuales inducen un campo electromagnético alterno basado en la concentración magnética. Un armazón giratorio rodeado de hilos de cobre convierte entonces la energía eléctrica en energía mecánica, que finalmente se transfiere a una aplicación.

En este diseño, todo el inductor es enfriado a 4,2 Kelvin usando helio líquido para conseguir la resistencia eléctrica cero en las espiras. (Los científicos explican que los cables a altas temperaturas también funcionarían en esta configuración.) Como en todos los motores superconductores, el cable superconductor puede transportar cantidades de corriente mucho mayores que un cable de cobre, y por tanto crear unos campos magnéticos mucho más potentes en una menor cantidad de espacio que los motores convencionales.

“Para la mayoría de máquinas superconductoras eléctricas, la estructura es la clásica, y el flujo magnético uno radial”, explicó Ailam. “[Sin embargo,] para nuestra máquina, el flujo magnético inductor es uno axial”.

Para probar el rendimiento del motor, los científicos calcularon el potencial escalar magnético, el cual dice la fuerza del campo magnético en un cierto área, y entonces determinaron la densidad de flujo magnético, que es la cantidad de magnetismo en ese mismo área. Como explicaron los científicos, el valor máximo de la densidad de flujo se encuentra entre dos de las placas, mientras que el valor mínimo está detrás de ellas; una gran diferencia en la densidad del flujo magnético maximiza el rendimiento del motor generando un campo magnético más potente.

El grupo demostró experimentalmente un rendimiento de 118,8 voltios para el motor. Además, calcularon un voltaje teórico generado de 172,5 voltios, y explicaron que la diferencia se debe a un valor incierto para la diferencia en los valores máximos y mínimos de los campos magnéticos alrededor de las placas, el cual no fue medido directamente. Mejorando esta diferencia en la densidad del flujo magnético incrementará, con optimismo, el voltaje del motor.

“Como demostramos en otro artículo, aún en proceso, usando esta estructura con varios cables superconductores de 20 mW, la energía generada decrementa el volumen del inductor en un 20-50 por ciento en comparación con una máquina eléctrica clásica”, dijo Ailam.

En el futuro próximo, el grupo planea diseñar y construir una máquina superconductora de 100 kW usando la misma configuración.

“Las principales ventajas de estos motores son una alta densidad de volumen-energía y una alta densidad de volumen-par de torsión, y menos vibración que los motores convencionales”, dijo Ailam. “Creo que la propulsión marítima puede y la tracción eléctrica en general pueden beneficiarse principalmente de estos motores”.


Cita: Ailam, El Hadj, Netter, Denis, Lévêque, Jean, Douine, Bruno, Masson, Philippe J., and Rezzoug, Abderrezak. “Design and Testing of a Superconducting Rotating Machine.” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 17, No. 1, March 2007.

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 24 de mayo de 2007
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Comments (3)

  1. Hombre, esto es otra cosa… un dominio para ti solo, un theme a la altura de los contenidos, las fotos en su sitio… definitivamente te has subido al carro de las estrellas ;-)

  2. AILAM

    Thank you for publishing on my research work.I am who has realised this motor in collaboration with my colleagues of the Henri poincare University in Nancy-France. Thanks if you can send me a PDF version of this article to my email.

  3. [...] Motor de superconducción para incrementar la densidad de energía [...]

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