Física - Magnetismo

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OPTIMIZACION DE LA LEVITACION MAGNETICA

20/09/2002

Un equipo de investigación del Departamento de Física de la Universitat Autónoma de Barcelona ha desarrollado el modelo teórico realista más completo para describir el fenómeno de la levitación magnética, uno de los rasgos característicos de los superconductores más atractivos desde el punto de vista tecnológico. Con este avance, los científicos han establecido las bases para obtener trenes de levitación magnética y sistemas de almacenamiento y generación de energía más efectivos.

El equipo de investigadores del Departamento de Física de la UAB, formado por Alvar Sánchez, Carles Navau (también profesor e investigador de la Escuela Universitaria Salesiana de Sarriá) y Enric Pardo, ha elaborado un modelo teórico completo que permite estudiar con detalle la fuerza magnética de levitación que aparece en un superconductor de alta temperatura en presencia de un campo magnético. Los modelos que existían hasta ahora, o bien son incompletos o tienen aproximaciones que no son realistas. El modelo que han desarrollado los investigadores de la UAB, en cambio, tiene en cuenta los llamados "efectos de desimantación", unos efectos que aparecen cuando las muestras son finitas (en contraposición a las muestras infinitas utilizadas en los modelos teóricos no realistas). Además de la fuerza de levitación, el modelo describe de forma realista la estabilidad del equilibrio, es decir, la resistencia que ofrece el superconductor cuando se le aplica una fuerza que perturba su posición (muy importante para la seguridad de los trenes levitantes) y la energía utilizada para volver a la posición de equilibrio en estos casos.

En el desarrollo de su trabajo, los investigadores han apuntado un conjunto de conclusiones que establecen las bases para la construcción de futuros dispositivos basados en la levitación magnética: los efectos de desimantación que aparecen en muestras primas de superconductores incrementan de forma importante la fuerza de levitación, mientras que el exceso de longitud del superconductor puede no implicar ningún incremento en la fuerza, y para conseguir una buena estabilidad en el equilibrio con pequeñas pérdidas de energía se necesita incrementar las corrientes en el superconductor. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Physical Review B y presentados en el congreso Applied Superconductivity Conference celebrado en Houston recientemente.

La levitación magnética es una de las propiedades más características e importantes de los superconductores. Gracias a la levitación se han podido construir trenes de alta velocidad por levitación magnética (maglev). Este tipo de trenes, como el de fabricación alemana acabado hace unos días para su uso en Shangai, levita sobre las vías gracias a las fuerzas de interacción entre los campos magnéticos producidos en los imanes o bobinas situados en el tren y en los raíles. Al levitar, el tren puede desplazarse sin que haya ningún contacto con los raíles, con lo cual puede alcanzar velocidades muy elevadas. Los campos magnéticos del tren de Shangai están creados por electroimanes convencionales, pero el desafío futuro consiste en utilizar materiales superconductores, que permiten el paso de grandes cantidades de corriente con poca pérdida de energía. En Japón ya existe actualmente un prototipo a escala real de estos trenes con imanes superconductores que han asumido una velocidad récord de 550 km/h. Uno de los problemas que tienen estos trenes es que los materiales superconductores requieren estar enfriados a temperaturas muy bajas (pocos grados por encima del cero absoluto) para funcionar. Este problema puede ser resuelto utilizando los superconductores de alta temperatura descubiertos en 1986.

La levitación magnética tiene también aplicaciones en otras áreas tecnológicas, como en el almacenamiento de energía, ya que permite hacer girar indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magnético de manera que almacene la energía mecánica (invento denominado flywheel o rueda volante). Con estos dispositivos se consigue almacenar energía generada en las centrales eléctricas en horas de baja demanda de consumo eléctrico, para estar disponible en horas punta. Las aplicaciones descritas tienen en común que se basan en la interacción de un superconductor con un campo magnético. De esta manera, la comprensión detallada de la interacción se convierte en el factor clave necesario para diseñar, llevar a término y optimizar los dispositivos reales. (UAB)