La TUM desarrolla la carga inductiva con superconductores
Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha logrado fabricar una bobina hecha de hilos superconductores que puede transmitir una potencia de más de cinco kilovatios sin contacto y sin grandes pérdidas. Entre sus posibles aplicaciones se encuentran los vehículos o incluso los aviones.
Los sistemas de carga inductiva para vehículos no son básicamente nuevos, pero aún no han sido ampliamente aceptados, en parte porque hasta ahora ha faltado una norma. Además de este problema y de las pérdidas de carga en la transmisión de energía sin contacto, los investigadores de la TUM han identificado otra desventaja: el hecho de que los sistemas de transmisión disponibles actualmente son "grandes y pesados" a niveles de potencia elevados a partir del rango del kilovatio, ya que se basan en bobinas de cobre.
El equipo dirigido por los físicos Christoph Utschick y Rudolf Gross ha logrado ahora desarrollar una solución correspondiente basada en hilos superconductores en el marco de una cooperación de investigación con las empresas Würth Elektronik eiSos y Theva Dünnschichttechnik. Entre otras cosas, se supone que esta solución será más ligera y, como se ha mencionado, transmitirá los cinco kW "sin grandes pérdidas", aunque la eficacia no se ha cuantificado con precisión.
Para llegar a un prototipo funcional, los investigadores y sus socios industriales tuvieron que resolver varios problemas. Uno de ellos era que, incluso en las bobinas de transmisión superconductoras, hay pequeñas pérdidas de corriente alterna. Aumentan con el incremento de la potencia de transmisión y tienen la fatal consecuencia de que la temperatura superficial de los cables superconductores aumenta y la superconductividad se rompe.
Esto se solucionó con unos separadores especialmente desarrollados que separan entre sí las vueltas individuales de la bobina. "Este truco reduce significativamente las pérdidas de corriente alterna en la bobina", afirma Christoph Utschick. "Como resultado, se pueden alcanzar potencias de transmisión de hasta el rango del kilovatio". Sin embargo, los espaciadores provocaron un nuevo conflicto de objetivos: si hacían pequeña la distancia entre las espiras de la bobina superconductora, ésta se volvía muy compacta, pero los investigadores corrían el riesgo de que se rompiera la superconductividad durante el funcionamiento. Las distancias mayores, por otro lado, conducían a una menor densidad de potencia.
"Optimizamos la distancia entre cada uno de los bobinados mediante simulaciones analíticas y numéricas", explica Utschick. "La separación es aproximadamente igual a la mitad de la anchura del conductor de la cinta". Los investigadores quieren trabajar ahora para aumentar aún más la potencia transmisible.
Aún debe desarrollarse una solución de refrigeración
En el camino hacia una posible aplicación práctica de la bobina de carga de inducción superconductora, hay que resolver otro problema: la refrigeración. Los superconductores deben enfriarse permanentemente con nitrógeno líquido para mantener su conductividad. Pero los recipientes de refrigeración no pueden ser de metal. De lo contrario, se calentarían en el campo magnético de las bobinas; estos sistemas de refrigeración aún no están disponibles comercialmente, según Rudolf Gross. "Esto aún requiere grandes esfuerzos de desarrollo", afirma el catedrático de física técnica de la TU Munich. "Sin embargo, el trabajo representa un gran avance para la transferencia de energía sin contacto de grandes potencias".
Utschick ve los robots industriales, los vehículos de transporte autónomos o los dispositivos médicos de alta tecnología, por ejemplo, como posibles áreas de aplicación del desarrollo. Además del uso en el tráfico rodado, también es concebible la carga inductiva de vehículos eléctricos de carreras en la pista o de aviones eléctricos autónomos, afirma el investigador de la TUM.
Con información de Sebastian Schaal, Alemania.
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