Superconductores: grandes aplicaciones en ingeniería

Cosmos . Materiales y maquinado 3890 2 Comentarios

Cuando se someten los materiales a condiciones extremas, como temperaturas por debajo de los cero grados centígrados, estos pueden comportarse con características sorprendentes. Algunos materiales en temperaturas considerablemente bajas se convierten en superconductores.

Dentro de las investigaciones científicas en temas de nuevos materiales, se encuentran los superconductores, que en condiciones de temperatura muy baja (por ejemplo, -140 °C) presentan efectos como levitación magnética y conducción de cargas eléctricas sin resistencia alguna, es por esto que los llaman superconductores.

La superconductividad es uno de los descubrimientos científicos más fascinantes del siglo XX. Probablemente formen parte de las innovaciones que permitirán cambiar la forma de vivir de la humanidad.

Un superconductor está definido por dos propiedades. La primera es la resistencia eléctrica nula y la segunda es la expulsión de un campo magnético desde el interior del superconductor.

Recordemos que los metales son materiales que conducen adecuadamente el calor y la electricidad, por eso cuando una corriente eléctrica circula a través de ellos se calientan. Este fenómeno se llama efecto Joule y se debe a que los metales presentan cierta resistencia eléctrica en su interior. Sin embargo, en un material en estado superconductor, esto no ocurre. Al contrario, ya no se presenta resistencia alguna al paso de la corriente eléctrica evitando el calentamiento, y por consiguiente, la pérdida de energía al transportar la electricidad.

Se le llama superconductividad porque la resistencia eléctrica desaparece. Son varios los metales de la tabla periódica que se convierten en superconductores al enfriarse. De hecho, algunos buenos conductores como la plata, el oro y el cobre, pueden llegar a ser superconductores a temperaturas extremadamente bajas. En cambio, el plomo, estaño, indio y otros metales se vuelven superconductores a temperaturas menos bajas. Es un fenómeno que se debe controlar con sumo cuidado; también existen distintos tipos de superconductores, se clasifican de acuerdo con la reacción que tienen si se les aplica un campo magnético.

Los materiales que son superconductores pueden ser elementos puros, el plomo por ejemplo, compuestos orgánicos-fulerenos o nanotubos-, cerámicas (como el diboruro de magnesio) o aleaciones (niobio-titanio).

Además de no presentar resistencia a la corriente eléctrica, los superconductores presentan otro fenómeno importante: la levitación magnética, también llamada levitación cuántica.

Esta propiedad se debe a la capacidad para apantallar un campo magnético que se presenta en las mismas condiciones extremas. En otras palabras, si enfriamos el superconductor por debajo de su temperatura crítica (temperatura baja a la cual el material presenta superconductividad) y lo colocamos en presencia de un campo magnético, este crea corrientes capaces de generar un campo magnético opuesto. A esto se le conoce como efecto Meissner.

La gama de aplicaciones de los superconductores es muy amplia, pero abarca esencialmente tres tipos: la generación de campos magnéticos intensos, la fabricación de cables de conducción de energía eléctrica y la electrónica. Dentro del primer tipo tenemos aplicaciones tan espectaculares como la fabricación de sistemas de transporte masivo que levitan, esto es, trenes que flotan sobre sus rieles sin generar fricción con ellos.

Este tipo de transporte se le conoce como tren magnético Maglev (Magneticlly Levitated), y es sin duda un avance de la ingeniería. Un tren de levitación magnética es un vehículo que viaja suspendido sobre el carril y que se desliza a lo largo del mismo. Algunos trenes viajan 1 cm por encima de la vía y otros pueden levitar hasta 15 cm. Pueden conseguir en vacío la velocidad de 6,400 km/h, pero debido al rozamiento del aire la velocidad registrada hasta ahora es de 581 km/h, aunque se sabe que pueden alcanzar los 650 km/h.

En Japón, fabricaron un prototipo de tren basado en levitación con superconductores y que ha podido alcanzar los 550 km/h.

Las aplicaciones se basan principalmente en su capacidad de soportar grandes corrientes sin que se destruya el estado superconductor, es por eso que se vuelven buenas opciones de generadores para producir campos magnéticos muy intensos.

Un ejemplo de la aplicación de los campos magnéticos que se logran son los equipos de resonancia magnética. Con los superconductores se pueden construir bobinas que genera campos magnéticos muy intensos como los que se utilizan en sistemas de tomografía digital computarizada, estos aparatos que se usan en hospitales cuentan con bobinas superconductoras para generar los campos magnéticos que producen las imágenes de los órganos del cuerpo como el cerebro.

En los dispositivos electrónicos también podemos encontrar superconductores, entre ellos destacan los Dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUIDS, por sus siglas en inglés), dispositivos que son detectores extremadamente sensibles de los cambios de intensidad del campo magnético. Sus usos abarcan: detección precisa de las señales eléctricas del cerebro y corazón, comprobación no destructiva de tuberías y puentes, sensores geológicos para prospecciones petrolíferas, equipos militares, entre otros.

Otra aplicación de la superconductividad semejante a los SQUIDS se encuentra en instrumentos de laboratorio que se usan para la detección de campos magnéticos muy pequeños.

Además, los superconductores permiten conducir corriente eléctrica sin pérdidas, por lo que pueden transportar densidades de corriente 2,000 veces mayores de lo que transporta un cable de cobre. Una aplicación hipotética es contar con generadores, líneas de transmisión y transformadores basados en superconductores, de tal manera que obtendríamos un gran aumento en la eficiencia, con beneficios medioambientales gracias al ahorro de combustibles fósiles.

Los laboratorios académicos siguen esforzándose por encontrar condiciones ideales para tener aplicaciones más prácticas, por ejemplo, el desarrollo de materiales superconductores para aplicaciones eléctricas.

La limitante sigue siendo encontrar materiales que tengan propiedades superconductoras a temperaturas más elevadas, pues los materiales superconductores que conocemos cambian sus propiedades eléctricas y magnéticas a muy bajas temperaturas.

Es real que aún se tienen diversos retos que superar para poder aplicar ampliamente los superconductores en la industria e ingeniería, porque son diversos los parámetros que se deben controlar. Sobre todo porque las propiedades superconductoras se manifiestan en condiciones de presión y temperaturas muy específicas.

Los superconductores ya se usan en múltiples aplicaciones y se prevé que desempeñen un papel fundamental en las tecnologías de un futuro cercano, en campos tales como la energía, medio ambiente, transporte, nanotecnología y salud.

El reto es encontrar materiales que tengan propiedades superconductoras a temperaturas más elevadas para ampliar esas aplicaciones. Es por eso que las investigaciones siguen vigentes.

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Comentarios (2)

  • Cynthia

    |

    Necesito las pastillas de YBCO, soy boliviana. ¿Cuánto es el costo y cuánto demora en llegar hasta mi país?

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  • Grupo Cosmos

    |

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