Ciudad Universitaria, Ciudad de México.- La UNAM es pionera en México y Latinoamérica en el campo de las mediciones de las pérdidas en corriente alterna de las denominadas cintas superconductoras de alta temperatura crítica de segunda generación, las cuales sirven para conducir electricidad sin pérdidas en corriente continua y con pérdidas depreciables en corriente alterna.
El investigador del Instituto de Ingeniería (II) de la Universidad Nacional, Frederic Trillaud, comentó en entrevista que los resultados de este trabajo podrán contribuir para elaborar componentes eléctricos de potencia más eficientes que permitirán un servicio continuo y mejorado de energía eléctrica.
Esta tecnología, expuso, cobra relevancia para responder al crecimiento de la demanda en sitios urbanos cada vez más congestionados. A lo largo de más de 60 años la Ciudad de México ha crecido demasiado y registra aumento significativo de la población, lo que propicia mayor gasto de energía y más estrés sobre la infraestructura. Pero ¿lo hacemos bien? ¿Cuánto estamos desperdiciando? En las urbes, bastante.
De ahí la necesidad de innovaciones que puedan atender a ese aumento mediante sistemas más eficientes que permiten ahorrar energía. Esta ganancia hace una diferencia importante en términos de reducción de costos e impacto ambiental, sostuvo.
Se espera que con el uso de esos adelantos sea menor el número de apagones; y en el mejor de los casos disminuir las tarifas eléctricas, manifestó el universitario.
“Cambiar la infraestructura no se hace de un día a otro, sino cuando hay una necesidad bien identificada. La idea es sustituir lo que ya no funciona o es obsoleto con una tecnología más eficiente y de mayor duración”, resaltó.
Segunda generación
Las cintas supeconductoras, sumamente delgadas, están hechas de varias capas; una de ellas es de un cerámico denominado REBCO, siglas en inglés de tierras raras, bario, cobre, oxígeno. Puede reemplazar al cobre o al aluminio como conductor eléctrico, y, en este caso, la segunda generación, con menos pérdidas y mayor densidad de energía, está sustituyendo a la primera denominada BSCCO (bismuto, estroncio, calcio, cobre y oxígeno).
La diferencia entre emplear un alambre delgado de cobre de un centímetro de diámetro y cintas superconductoras de 0.1 milímetros de espesor es que los primeros pueden conducir hasta 20 amperes, y las segundas más de 300 para cintas de 12 milímetros de ancho con densidad de corriente mayor a 10 amperes por metro cuadrado. Sin embargo, para pasar tanta corriente se necesita enfriar las cintas a baja temperatura, de menos 196 grados centígrados, que es la del nitrógeno líquido a la presión atmosférica.
El experto refirió que hay del orden de 78 por ciento de nitrógeno en el aire, por lo que es barato de producir, a diferencia de otros gases nobles como el helio (con temperatura de ebulición del orden de -269 grados centígrados).
Con el financiamiento de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM y de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación, Frederic Trillaud adquirió cintas comerciales y caracterizó, por primera vez en esta región del planeta, sus pérdidas en corriente alterna.
El fabricante solo indica cuál es la capacidad mínima de transmisión de corriente directa a dicha temperatura y no proporciona las pérdidas en corriente alterna. Por ello, se necesita caracterizar en ambos regímenes de corriente las cintas superconductoras para definir con claridad su potencial, y así permitir el diseño y la construcción de equipos eléctricos confiables y de alto rendimiento.
En particular, es importante contrastar el superconductor con materiales más comunes como cobre y aluminio, a fin de definir su relevancia técnica y económica para una aplicación especifica, aclaró el investigador.
Con análisis técnico-económicos podemos informarle a un industrial o a la Comisión Federal de Electricidad, por ejemplo, si es conveniente instalar equipos superconductores en la red eléctrica y dónde. “Se realizan estudios para entender cómo opera la tecnología y cómo se comporta el equipo en sitio, cuál es el costo y el tiempo estimado de retorno de la inversión”. El equipo con más potencial de incorporación en el mercado eléctrico es el cable superconductor por sus altas capacidades de transmisión de corriente con menores pérdidas que los cables convencionales.
Frederic Trillaud aseveró que los fabricantes responden al mercado con un objetivo de ganancia económica, pero no necesariamente exploran en detalle el potencial de cierta tecnología; nosotros, en cambio, queremos entender sus limitaciones y proporcionarles un servicio ad hoc.
Mencionó la importancia de colaborar con especialistas. Para este trabajo de caracterización de cintas superconductoras el investigador trabajó con Bruno Douine, de la Universidad de Lorena, Francia, quien es especialista de las mediciones de las pérdidas eléctricas en corriente alterna de superconductores.
El laboratorio GREEN de esa universidad francesa cuenta con la potencia eléctrica y la infraestructura de baja temperatura para realizar mediciones que nosotros no podemos. En particular puede efectuarlas sobre equipos como los cables superconductores de tamaño cercano a uno real.
Esta infraestructura se encuentra en otros laboratorios franceses. Frederic Trillaud llevó a cabo una estancia sabática en el GeePs de la Escuela de Ingeniería Centralesupélec de la Universidad de Paris-Saclay. Allí se caracterizaron cuatro maquetas de cable superconductor hechos en México, con el apoyo de Loïc Quéval en corriente directa y alterna.
Además del ámbito experimental, se cuenta con el respaldo de Gabriel dos Santos, de la Universidad Federal de Río de Janeiro, Brasil, quien realizó modelos numéricos para reproducir las pérdidas a diferentes frecuencias y amplitudes de corriente de las mediciones hechas en México y Francia. De ese modo se puede simular el comportamiento de la cinta, y “traducir” esa información para optimizar el diseño de cables o, de manera más general, equipos superconductores.
Bruno Douine puntualizó que uno de los aspectos relevantes de su colaboración con la UNAM son las publicaciones científicas conjuntas y los intercambios académicos de profesores y de estudiantes. “Este dato es clave para sostener una colaboración exitosa”.
De nuestro lado, prosiguió, tenemos amplia experiencia con el sector industrial y cooperaciones vigentes o pasadas con compañías grandes como Nexans (fabricante de cables superconductores), Airbus (sector aeronáutica), o la estatal SNCF (Société nationale des chemins de fer français), que opera la red ferroviaria de Francia. Esas empresas han invertido en la evolución de tecnologías superconductoras para enfrentar los desafíos legislativos derivados del cambio climático.
Otro rubro es el intercambio de alumnas y alumnos: varios estudiantes mexicanos tuvieron la oportunidad laborar en laboratorios extranjeros, lo que les permitió confrontarse a distintas maneras de trabajar en un ambiente de desarrollo tecnológico de punta. Es un aspecto esencial en la formación de ingenieros de alto nivel que pueden enfrentarse a nuevos desafíos tecnológicos, concluyó el científico francés.
