REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
INTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA
“DR. FEDERICO RIVERO PALACIO”
REGIÓN CAPAPITAL
INGENIERIA. ELÉCTRICA
TEORIA ELECTROMAGNETICA
LAS LINEAS DE TRANSMISION EN BASE
A SUPERCONDUCTORES
Facilitador:
Ing. Jesús Muñoz
Participantes:
Edgar Cárdenas C.I. V-8.773.352
Edgar Rico C.I. V-15.332.787
Jaime Bencomo C.I. V-9.483.76
Caracas, Julio de 2011
INTRODUCCION
El objetivo del presente informe es explicar los fenómenos electromagnéticos que se producen en Las Líneas de Transmisión Eléctricas en base a los Superconductores. Para ello se definen los siguientes términos: Línea o Red de transmisión Eléctrica, Superconductividad y Superconductores.
Una Línea o Red de transmisión de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. Es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza el transporte de la energía eléctrica a grandes distancias.
Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión. Generalmente se dice que los conductores "tienen vida propia" debido a que están sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del viento, etc.
Por el término “Superconductividad” se entiende el conjunto de propiedades que presentan algunos materiales cuando se enfrían a muy bajas temperaturas. En particular la resistencia eléctrica se hace nula y el material conduce sin resistencia (superconduce). Además presentan otro tipo de propiedades, como por ejemplo los efectos Meissner y Josephson.
Los superconductores son materiales que presentan mínima resistencia al paso de la corriente eléctrica, por añadidura presentan otros grandiosos efectos electromagnéticos como por ejemplo:
El efecto Meissner. El cuál es la desaparición del flujo magnético dentro del material, cuando se alcanza una temperatura critica.
B) Flujo magnético atrapado. Causa la suspensión magnética. Es una condición de equilibrio estable entre el superconductor y un imán (no es atraído, ni repelido).
Con el paso del tiempo se ha logrado obtener materiales superconductores a temperaturas más cercanas a la temperatura ambiente, incluso algunos materiales a temperaturas por arriba de los 170 grados centígrados son superconductores.
Dentro del desarrollo teórico de este informe se presenta una cronología histórica de la superconductividad, desde que fue descubierta a principio del siglo XX por el holandés Kamerlingh Onnes en 1908, luego los aportes que entre 1930-1935 hicieran Walther Meissner y R. Ochsenfeld, quienes mostraron que un superconductor es más que un conductor perfecto, y que también puede llegar a comportarse como un material diamagnético perfecto, anulando por exclusión el campo magnético en su interior.
Luego los hermanos Fritz y Heinz London, que en 1935 desarrollaron una teoría fenomenológica de la superconductividad, logrando obtener sus ecuaciones a partir de las ecuaciones de Maxwell, la demostración del efecto Meissner y el comportamiento del campo magnético dentro del superconductor.
Los progresos logrados en la década de 50 en la búsqueda de nuevos materiales superconductores con temperaturas criticas mayores y campos críticos más intensos, que dieron lugar a la aparición de los Superconductores Tipo II.
El notable logro que en 1957, obtuvieron los científicos: J. Bardeen, L. Cooper y J. R. Schrieffer, quienes elaboraran una teoría (conocida como BCS, por las iniciales de sus apellidos). Aplicando las leyes de la mecánica cuántica explicaron la aparición de la superconductividad, con ello demostraron que la superconductividad es una manifestación macroscópica de propiedades cuánticas de la materia. La teoría BCS parte de la existencia de los "Pares de Cooper", como una pareja de electrones con momento y spin opuestos unidos por una fuerza de tipo atractivo producida por la interacción con la red de iones positivos en la cual ellos se mueven (Fonones).
Luego en 1962, Josephson predijo la unión que lleva su nombre y que se confinaría posteriormente, mediante la creación de un dispositivo que permite la medición precisa del campo magnético.
Finalmente entre los años de 1962 y 1986, connotados físicos obtuvieron resultados significativos al combinar materiales, cuyas aleaciones permitían alcanzar temperaturas críticas más elevadas por el orden de los 13,7 K y 23,3 K, en el caso de D.C. Johnston y A.W. Sleight en 1973. Luego en 1986, los físicos Alex Muller y George Bednorz (ganadores del Nobel de Física en 1987) detectaron superconductividad en una nueva cerámica, a una temperatura Tc superior a 35 K. En 1987 Maw-Kuen Wu y Paul C. W. Chu, descubrieron una cerámica que era superconductora a 93 grados Kelvin.
A continuación se presentan los tipos de superconductores, los cuales se clasifican según su composición química, según su comportamiento al campo magnético y según la temperatura critica.
Seguidamente se explican las ecuaciones de London, a partir de las cinco magnitudes de vectoriales y la magnitud escalar que caracterizan el estudio de los campos electromagnéticos, mejor conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Esta teoría de London relativa al comportamiento electromagnético de los superconductores propone ecuaciones basadas en el modelo de dos fluidos para explicar el efecto Meissner-Ochsenfeld y predice la profundidad de penetración del campo magnético dentro del conductor.
Se desarrolla así un conjunto de procedimientos matemáticos que permiten resumir la teoría de London en dos ecuaciones que describen el campo magnético y la densidad de supercorriente en un superconductor.
Numerosos estudios en este campo de la superconductividad, dedican su esfuerzo a mejorar el conocimiento teórico, así como, a desarrollar aplicaciones prácticas de los materiales que presentan esta propiedad, creando poco a poco una nueva tecnología que abarca prácticamente todos los aspectos del conocimiento, implicando a físicos, químicos, ingenieros, matemáticos, etc.
Los superconductores ya han salido del ámbito de los laboratorios para introducirse en la industria, estando presentes en mayor o menor medida en diferentes sectores, como la electrónica, la instrumentación médica y científica, los procesos industriales, la energía eléctrica y el transporte. En la figura adjunta se muestra una proyección de negocio estimado en este tipo de industria para los próximos años.
Como se puede apreciar en la figura anterior, la energía eléctrica, es uno de los campos de de aplicación más importantes que se estima en el futuro para el uso de Superconductores. Y las líneas de transmisión eléctricas como medio de transporte de esta energía, representa ese punto de aplicación.
En tal sentido este informe le dedica buena parte de su contenido teórico a la explicación de los de los fenómenos electromagnéticos presentes en los conductores que se emplean en las líneas o redes de transmisión eléctricas.
En la mayoría de los casos las líneas de transmisión eléctricas están dispuestas de forma aéreas y recorren varios miles de kilómetros desde las centrales de generación primaria hasta las subestaciones y finalmente a los consumidores finales de energía. Están constituidas como ya se dijo al principio, por estructuras de soporte (torres o postes) y conductores eléctricos, más comúnmente desnudos que van suspendidos por medio de aisladores.
Pero obviamente, también existen redes de transmisión eléctricas dispuestas de forma subterráneas, aunque en menor proporción respecto a las líneas aéreas, sobre todo en los grandes centros urbanos donde la topografía, la densidad poblacional y la legislación vigente así lo exigen. En estos casos se emplean cables, comúnmente de cobre, con aislamientos especiales, los cuales también recorren grandes distancias y van colocados en ductos y tuberías no magnéticas que convergen en galerías y sótanos donde se derivan y distribuyen hacia las subestaciones de transformación.
La corriente eléctrica más comúnmente usada por las líneas de transmisión, es la corriente alterna AC trifásica. En el transporte de este tipo de corriente ocurren pérdidas debido al efecto Joule o calentamiento, por las grandes distancias que se recorren desde las centrales de generación, que comúnmente se encuentran apartadas de los centros urbanos e industriales de las grandes ciudades y por los fenómenos electromagnéticos, se hace necesario emplear un conductor capaz de dar el máximo rendimiento y confiabilidad. De allí que la tecnología aplicada a estos conductores permita soluciones para estos y otros desafíos más difíciles.
Esta tecnología ya está disponible para su aplicación en las Redes o Líneas de Transmisión mediante el empleo de los Superconductores, materiales que bajo ciertas
condiciones de funcionamiento se comportan como un medio ideal para transportar la energía sin producir pérdidas por efecto joule, esta posibilidad es lo que nos lleva a realizar una investigación relacionada con la aplicación de los superconductores en la transmisión de energía ya que esta representa de forma ideal una solución a los distintos problemas del sistemas de transmisión actualmente utilizado.
INDICE
INTRODUCCION……………………………………………………..ii
HISTORIA DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD……………….........9
TIPOS DE SUPERCONDUCTORES………………………………..17
ECUACIONES DE LONDON………………………………………..24
LINEAS DE TRASNMISION………………………………………...37
SISTEMA DE TRANSMISION CON SUPERCONDUCTORES….47
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA………………………………...49
ANEXOS……………………………………………………………….50
HISTORIA DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD
La superconductividad fue descubierta a principios del siglo XX, cuando la disponibilidad de sistemas criogénicos y de gases licuados permitió realizar mediciones de la resistencia eléctrica a temperaturas cada vez más bajas, próximas al 0 K.
El holandés Kamerlingh Onnes fue quien en 1908 logró licuar y conservar helio líquido, empleando este baño para alcanzar temperaturas de hasta 1 K.
Por aquellas fechas se sabía ya que los metales tienen una resistividad que disminuye de manera prácticamente lineal con la temperatura hasta unos 20 K, y se quería averiguar qué ocurría con esta resistividad en las proximidades del cero absoluto.
Eligió el mercurio, elemento que podía conseguirse con un alto grado de pureza. De este modo, enfriando el mercurio a muy baja temperatura con la ayuda del helio liquido, pudo observar un fenómeno nuevo y totalmente inesperado: a una temperatura de 4,2 K, el mercurio pasaba bruscamente a un estado en el que, repentinamente, no ofrecía resistividad alguna al paso de la corriente eléctrica. Esta transición se manifestaba por una caída muy brusca de la resistividad.
Kamerlingh Onnes había descubierto la superconductividad. Y también mantuvo la exclusiva en este campo, ya que Leyden (Holanda) fue, hasta 1923, el único lugar del mundo que disponía de helio líquido.
Gráfica originalmente deducida por Onnes.
Poco después se observó que la misma transición al estado de superconductor se producía en otros metales, como el plomo o el niobio, a temperaturas críticas ligeramente más altas. En todos los casos la temperatura que se requería era sólo un poco mayor que la del cero absoluto que, en la práctica, únicamente podía conseguirse sumergiendo un trozo del material en helio líquido, que hierve a 4,2 K a la presión atmosférica normal.
Onnes pensó en la posibilidad de construir un electroimán de alto campo y en 1913 construyó para ensayar la idea una bobina de plomo, que también presenta el mismo comportamiento que el Hg con la temperatura. Los resultados fueron desconcertantes. Si bien la bobina era superconductora en tanto que la corriente de excitación fuera pequeña, cuando el campo magnético excedía de una intensidad moderada el plomo pasaba siempre al estado resistivo. Experimentos ulteriores mostraron que todos los superconductores metálicos puros presentaban una intensidad de campo crítica que les era propia y que estaba claramente definida, siendo usualmente menor de 0,1 T. Al llegar a este valor la superconductividad se extinguía súbitamente.
Posteriormente, a partir de los años 1930, la superconductividad se observó también en cuerpos compuestos, principalmente en aleaciones intermetálicas.
En 1933 W. Meissner y R. Ochsenfeld mostraron que un superconductor es más que un conductor perfecto, y que también puede llegar a comportarse como un material diamagnético perfecto, anulando por exclusión el campo magnético en su interior.
En su honor este efecto se conoce hoy en día como efecto Meissner.
Los hermanos Fritz y Heinz London desarrollaron en 1935 una teoría fenomenológica de la superconductividad. Obtuvieron sus ecuaciones a partir de las ecuaciones de Maxwell y dos ecuaciones complementarias para el efecto Meissner, y así demostraron que el campo magnético decae en el interior del superconductor con una longitud característica conocida como longitud de penetración. Además Fritz London sugirió que la superconductividad es una manifestación de la mecánica cuántica operando a escala microscópica.
En la década de los 50 del siglo XX, se hacen enormes progresos en la búsqueda de materiales superconductores con temperaturas críticas mayores y campos críticos más intensos, especialmente en los grandes laboratorios americanos tales como los de la General Electric, Bell Telephone, Westinghouse, etc., dando lugar a la aparición de superconductores tipo II, caracterizados por una expulsión parcial del flujo magnético conservándose la resistividad cero, o dicho de otra manera, algunos superconductores dejan de ser diamagnéticos perfectos y dejan entrar parte del campo magnético pero de una manera muy particular: en cuantos de flujo o fluxoides.
Los tipos de materiales normalmente son aleaciones intermetálicas que poseen temperaturas críticas más altas y campos magnéticos críticos más intensos que los correspondientes a superconductores del tipo I.
El primero que intento explicar lo que ocurría en las entrañas de un superconductor fue Frölich en 1950. El mismo se basó en unos experimentos que pusieron de manifiesto que la temperatura de transición tenía mucho que ver con la masa de los iones del material, revelando también un comportamiento muy particular de la capacidad calorífica de estos materiales para temperaturas inferiores o iguales a la transición superconductora.
Aunque la teoría básica del comportamiento de un superconductor respecto un campo magnético externo fue descrita por el físico ruso Alexei A. Abrikosov en los años cincuenta, en base a los trabajos de Ginzburg y Landau, hizo falta esperar a 1957 para que J. Bardeen, L. Cooper y J. R. Schrieffer elaboraran una teoría (conocida como BCS, por las iniciales de sus apellidos) que logró explicar, desde la microscopía, muchas de las propiedades observadas experimentalmente del fenómeno de la superconductividad.
Aplicando las leyes de la mecánica cuántica explicaron la aparición de la superconductividad, con ello demostraron que la superconductividad es una manifestación macroscópica de propiedades cuánticas de la materia.
La teoría BCS parte de la existencia de los "Pares de Cooper", como una pareja de electrones con momento y spin opuestos unidos por una fuerza de tipo atractivo producida por la interacción con la red de iones positivos en la cual ellos se mueven (fonones). Así la superconductividad aparece como consecuencia de la existencia de los pares de Cooper mediados por la interacción electrón-fonón.
Así mismo, la teoría BCS permite determinar la distancia promedio a la cual se encuentran los dos electrones que forman el par de Cooper, conocida como longitud de coherencia. Este concepto había sido introducido por los teóricos rusos Ginzburg y Landau en 1950 en una descripción fenomenológica de la superconductividad. Los parámetros longitud de penetración y longitud de coherencia son fundamentales en la superconductividad y aparecen en forma natural en el marco de la teoría BCS.
La elevación de las temperaturas críticas (Tc) fue prosiguiendo a lo largo de los años, de una manera lenta pero bastante regular.
En el año 1962, Brian Josephson predijo la unión que lleva su nombre (y que posteriormente fue confirmada experimentalmente), un dispositivo que permite la medida extremadamente precisa de campos magnéticos.
En 1973, D.C. Johnston y sus colegas obtuvieron un resultado más significativo con un oxido de titanio y litio (Li-Ti-O): una temperatura crítica de 13,7 K. En 1975, A.W. Sleight y sus colaboradores observaron una transición a 13 K en un compuesto de valencia mixta: un oxido de bario y plomo dopado con bismuto (BaPbBi).
En 1973 la temperatura crítica más elevada fue de 23,3 K, con una aleación de niobio y germanio (Nb Ge). Trece años más tarde la situación era la misma y la mayoría de los físicos habían acabado por convencerse de que no podía llegarse mucho más lejos.
En 1986, Alex Muller y George Bednorz (ganadores del Nobel de Física en 1987) detectaron superconductividad en una nueva cerámica, un oxido de bario/lantano/cobre (LaBa) 2CuO4 a una temperatura Tc superior a 35 K.
En 1987 Maw-Kuen Wu y Paul C. W. Chu descubrieron una cerámica de oxido de itrio, bario y cobre (conocida abreviadamente como YBaCuO) la cual era superconductora a 93 grados Kelvin.
Este descubrimiento de Maw-Kuen Wu y Paul C. W. Chu, significaba que estos materiales podían hacerse superconductores refrigerándolos con nitrógeno líquido. Hay refrigeradores de laboratorio no excesivamente grandes capaces de enfriarlos por debajo de la temperatura crítica. Esto abarata los costos de refrigeración en por lo menos un factor 10, y todavía más los costos de las instalaciones que implican el almacenamiento y la transferencia del He líquido. Por todo el mundo, los científicos continuaron descubriendo centenares de cerámicas con temperaturas críticas cada vez mayores.
Por otra parte, a partir del descubrimiento de los fullerenos, una nueva forma cristalina del carbono, diversos grupos se interesaron en las propiedades de transporte del denominado C60, llegando a encontrar que ciertas sales de C60 eran superconductoras pero a pesar de muchos esfuerzos en la búsqueda de otros tipo de materiales son los cupratos los materiales que, a la fecha, muestran Tc por encima de los 100 K.
Desde 1986, fecha del descubrimiento de los superconductores de temperaturas relativamente “altas” se plantean difíciles problemas a los teóricos. Todavía no se sabe si el mecanismo responsable del agrupamiento de los electrones por pares, que está en el origen de la superconductividad, es o no similar al de los superconductores convencionales ó clásicos.
A pesar de haberse logrado grandes avances en el entendimiento de las propiedades características de estos nuevos materiales, hoy en día no existe una teoría que logre explicar el mecanismo que produce y confiere las propiedades del estado superconductor de “alta temperatura”. Esta indefinición permite aún soñar con la posibilidad de que se pueda tener un material superconductor a temperatura ambiente ya que no existe en este momento un límite teórico que impida que esta nueva superconductividad se desarrolle a temperaturas aún mayores que la temperatura ambiente. El récord actual de temperatura crítica superconductora lo tienen los cupratos basados en elemento mercurio y dopados con flúor, que alcanzan los 138 K (-135 C) a presión ambiente y los 166 K (-107 C) bajo presiones cercanas a las 20.000 atmósferas.
TIPOS DE SUPERCONDUCTORES
Según composición química
Podemos dividir los materiales superconductores conocidos en cuanto a su
Composición química en tres grandes grupos.
Elementos metálicos que presentan esta propiedad. No ofrecen grandes posibilidades de aplicaciones prácticas
Aleaciones, compuestos intermetálicas y semiconductores. Las aleaciones contien en elementos de transición como el Nb-Zr, Nb-Ti y Mo-Re. Los compuestos intermetálicos presentan un campo magnético crítico muy elevado (210000 Oe ó 16711269 Av/m).
Superconductores de alta temperatura (HTSC=High Temperature Superconductors). Los primeros HTSC consistían en óxidos de cobre con bario y lantano. El rango de Tc para los HTSC llega hasta los 125 K (Tl2Ba2Ca2Cu3O10).
Los superconductores se clasifican, según su comportamiento frente al campo
Magnético aplicado, como superconductores de tipo I y de tipo II.
Los superconductores de tipo I, también conocidos como superconductores blandos, presentan un valor de Tc y de Hc bajos (aquí el origen de blandos) para cualquier aplicación práctica. Estos son conductores perfectos de la electricidad por debajo de Tc, pero pierden su propiedad a un valor crítico del campo magnético por debajo de 1500 Oe (119366 Av/m). Algunos elementos metálicos como el plomo, estaño, mercurio y el aluminio pertenecen a este grupo.
Describiendo su comportamiento frente a un campo exterior aplicado, podemos decir que, si un cilindro largo de un superconductor de tipo I como Pb o Sn se colocan en un campo magnético a temperatura ambiente el campo magnético penetra normalmente a través del metal. Sin embargo, si la temperatura del conductor del tipo I se reduce por debajo de su Tc (7,19 K para el Pb) y si el campo magnético está por debajo de Hc, el campo magnético es expulsado de la muestra con excepción de una capa de penetración superficial muy fina de unos 10
mm de espesor.
mm de espesor.
Esta propiedad de expulsión de un campo magnético en el estado de superconducción recibe el nombre de Efecto Meissner.
Así, los campos magnéticos resultan rechazados del interior del superconductor debido a la formación de corrientes de superficie. La magnetización de un superconductor se opone al campo magnético externo, y la susceptibilidad magnética tiene un valor negativo máximo. Esto significa que un superconductor exhibe un diamagnetismo perfecto, lo cual es una propiedad esencial del estado superconductor.
Los superconductores del tipo I son poco útiles para transportar la corriente eléctrica, ya que la corriente sólo puede fluir por la capa superficial externa de una muestra conductora. La razón por la cual sucede esto es que el campo magnético solo puede penetrar la capa superficial, y la corriente sólo puede fluir por esta capa.
Los superconductores de tipo II se comportan de forma diferente ante un campo
Magnético a temperaturas por debajo de la temperatura crítica.
Comportamiento de un Superconductor Tipo I
Comportamiento de un Superconductor Tipo II
Estos superconductores son diamagnéticos, como los superconductores de tipo I, hasta un valor de un campo magnético aplicado llamado campo crítico inferior Hc1, y de este modo el flujo magnético es rechazado del material. Por encima de Hc1 el campo empieza a penetrar en el superconductor de tipo II y continua así hasta que alcanza el campo crítico superior Hc2. En el intervalo entre Hc1 y Hc2 el superconductor está en estado mixto, (vórtice) y por encima de Hc2 vuelve a su estado normal.
En los superconductores de tipo II, por debajo de Hc1, los campos magnéticos se comportan de igual manera que en el tipo I. Sin embargo, si el campo se encuentra entre Hc1 y Hc2 (estado mixto), la corriente puede ser transportada por el interior del conductor. Cuando se aplica un campo magnético entre Hc1 y Hc2, el campo atraviesa el volumen del superconductor en forma de haces de flujos cuantizados e individuales, llamados fluxoides. Una supercorriente cilíndrica en torbellino rodea cada fluxoide. Con el aumento de la fuerza del campo magnético, más y más fluxoides entran en el superconductor y se constituyen en una formación periódica. Para el valor de Hc2 la estructura a base de vórtices de supercorriente colapsa y el material vuelve a su estado de la conducción normal.
En la región comprendida entre Hc1 y Hc2 el superconductor puede conducir corriente eléctrica dentro del núcleo del material y de esta forma, dicha banda de valores del campo magnético puede ser usada para superconductores de alto campo y alta corriente, como por ejemplo el NiTi y Ni3Sb que son superconductores del tipo II.
Entonces el efecto Meissner se ve alterado por el valor del campo magnético aplicado, por el tipo de material del que está hecho el superconductor, pero también se ve afectado por otras variables menos evidentes, como la forma del superconductor, el tamaño y la presencia de impurezas.
Según la temperatura crítica
Desde que la superconductividad fue descubierta en 1911, la búsqueda de nuevos superconductores con Tc mayor, fue un reto.
El físico estadounidense de origen alemán B. Matthias se destacó como uno de los más activos en este campo, desarrollando aleaciones y compuestos superconductores con grandes campos y corrientes críticas y aumentando las temperaturas críticas, aunque éstas nunca llegaron a ser muy altas. Los trabajos de Matthias llevaron en 1973 al desarrollo de un material compuesto por niobio (Nb) y germanio (Ge), cuya fórmula química es Nb3 Ge, con una temperatura crítica de 23 K. Este fue durante muchos años el record de alta temperatura crítica en materia de superconductividad aunque todavía exigía que los materiales fueran enfriados a la temperatura del helio líquido (4,2 K), lo cual era muy caro y necesitaba de una tecnología muy sofisticada.
Fue en 1986 cuando se descubrió un compuesto a base de óxidos de cobre, lantano y bario (conocida abreviadamente como BaLaCuO) con Tc de 35 K el cual se considera punto de partida de los materiales llamados superconductores de alta temperatura los cuales muestran la transición de fase a temperaturas superiores a la transición líquido-vapor del nitrógeno líquido.
Esto ocasionó un gran abaratamiento de los costos en el estudio de estos materiales ya que el nitrógeno líquido es diez veces más barato que el helio líquido así como el descubrimiento de estos materiales fue un paso importante porque se comenzó a pensar en aplicaciones de los superconductores a gran escala, abriendo la esperanza a la existencia de materiales superconductores a temperatura ambiente, lo que supondría una revolución en la industria del siglo XXI.
La mayor desventaja de estos materiales HTSC es su composición cerámica, lo que lo hace poco apropiado para fabricar por ejemplo cables mediante deformación plástica, que sería en principio el uso más obvio de este tipo de materiales. Sin embargo se han desarrollado técnicas nuevas para la fabricación de cintas como IBAD (deposición asistida mediante haz de iones) mediante la cual se han logrado cables de longitudes mayores de 1 kilómetro.
ECUACIONES DE LONDON
Las ecuaciones de Maxwell implican que un campo magnético aplicado que varia con el tiempo induce un campo eléctrico. En un superconductor, este campo eléctrico da un aumento de corrientes persistentes denominadas supercorrientes, las cuales son análogas a las corrientes de Foucault inducidas en metales normales. Estas supercorrientes generan un campo magnético que se opone al campo aplicado en el interior del material, exactamente cancelando el flujo magnético si el campo aplicado es suficientemente débil. Esta total expulsión del flujo magnético interno es conocida como el efecto Meissner-Ochsenfeld y ocurre siempre que la potencia del campo aplicado este por debajo de un valor critico Bc.
Debido a que el campo magnético dentro del conductor es cero, los superconductores son considerados como diamagnéticos perfectos. En la superficie del superconductor hay un descenso exponencial del campo magnético. Es la profundidad de penetración de London la que cuantifica este descenso.
La teoría de London relativa al comportamiento electromagnético de los superconductores propone ecuaciones basadas en el modelo de dos fluidos para explicar el efecto Meissner-Ochsenfeld y predice la profundidad de penetración del campo magnético dentro del conductor. Como ya hemos dicho el campo disminuye exponencialmente dentro del superconductor, con una longitud característica de disminución λL denominada profundidad de penetración.
El modelo de los dos fluidos fue originalmente desarrollado para entender las propiedades de superfluido del helio. Este modelo considerando los átomos del helio en dos estados, una fracción de ellos en estado “normal” y el resto en estado condensado Bose-Einstein, explica las extraordinarias propiedades de superfluido del helio. En 1934, Gorter y Casimer aplicaron este modelo a la superconductividad, básicamente definiendo la densidad electrónica como n = nn + ns donde nn y ns representan las densidades electrónicas del estado normal y la del estado superconductor respectivamente. Por último, el modelo permite manejar de manera diferente los electrones normales y superconductores cuando se pretende obtener las propiedades de los superconductores.
Ecuaciones de Maxwell
El estudio de los campos electromagnéticos puede ser caracterizado completamente por medio de cinco magnitudes vectoriales y una magnitud escalar:
Campo eléctrico (o intensidad eléctrica)
E [V/m]
Campo magnético (o intensidad magnética)
H [A/m]
Densidad de flujo eléctrico (o inducción eléctrica o desplazamiento)
D [Coulomb/m2]
Densidad de flujo magnético (o inducción magnética)
B [T, Wb/m2]
Densidad de corriente
J [A/m2]
Densidad volumétrica de carga
ρ [Q/m3]
La forma diferencial de las leyes del electromagnetismo es conocida como ecuaciones de Maxwell, donde cada una de ellas relata localmente el comportamiento eléctrico y magnético. Dichas ecuaciones en forma diferencial, son las siguientes, (en unidades del SI):
∇x E = -(∂B /∂t)
∇x B = j + (∂D /∂t)
∇. B = 0
∇. D = ρ
Y las relaciones constitutivas:
D= ε E = εr ε0 E = ε0E + P
B = μH = μ0 (H + M) = μ0 (1+ χm ) H
J = ρv u = σE
P = ε0 χe E M = μ0 χm H
Estas relaciones describen las propiedades macroscópicas del medio en términos de permeabilidad μ, conductibilidad σ y constante dieléctrica ε. Las ecuaciones de Maxwell son validas cualquiera que sea la naturaleza de las cantidades ε, μ, σ: de hecho, pueden ser constantes o pueden exhibir comportamiento que depende de la dirección o pueden depender del campo.
Las cuatro ecuaciones de Maxwell pueden ser simplificadas omitiendo ciertos términos con respecto a la dinámica de los procesos.
Electrostática y magnetostática
No hay corriente: J=0, no hay cambio en la magnitud de la inducción magnética
∂B/∂t = 0, no hay cambio en las inducción eléctrica ∂D/∂t = 0.
Quedando las ecuaciones de la electrostática como:
div D = ρ
rot E = 0.
Y las ecuaciones de la magnetostática:
rot H = 0
div B = 0
Como se puede observar, no existe conexión entre las ecuaciones de la electricidad y del magnetismo.
Campos estacionarios (corriente continua)
Tenemos corriente: J≠0, pero los campos magnético y eléctrico no varían con el
tiempo: ∂B/∂t = 0 y ∂D/∂t = 0.
En este caso las ecuaciones de Maxwell se simplifican de la siguiente forma:
rot H = J
rot E = 0
div B = 0
div D = ρ
c. Campos Quasi-estacionarios (corriente alterna):
Tenemos corriente eléctrica: J≠0, y el campo magnético cambia con el tiempo
∂B/∂t ≠ 0, pero la velocidad de cambio del campo eléctrico puede ser despreciada ∂D/∂t ≈ 0.
En este caso las ecuaciones de Maxwell se pueden simplificar según:
rot H =J
rot E = - ∂B/∂t
div B = 0
div D = ρ
Derivación de las ecuaciones de London
Serena Fritz y Heinz London realizaron una proposición en 1930 que supuso un punto de ruptura en el área de la superconductividad. Proporcionaron la primera descripción analítica de la electrodinámica de la superconductividad, un fenómeno a baja temperatura que por primera vez se observo experimentalmente al principio de 1900. En este capítulo, las ecuaciones de London se derivan y analizan utilizando las ecuaciones de Maxwell. Basándose en el modelo de la superconductividad de los dos fluidos como ya dijimos al principio del mismo, estas expresiones explican el efecto Meissner-Ochsenfeld y predicen la profundidad de penetración de un campo magnético externo dentro de un superconductor.
Las investigaciones de Vitaly Ginzburg y Lev Landau en 1950 dieron como resultado el segundo gran evento en la descripción de la superconductividad al proporcionar una relación derivada más intuitiva de las ecuaciones de London. Este hito también se revisa al final de este capítulo a través de la extracción de la teoría de London desde la teoría Ginzburg-Landau
Las ecuaciones de Maxwell:
∇×E = - (∂ B/∂ t) -(1 ∂ B / c ∂ t) = ∇×E [1]
Especifica el campo eléctrico que surge de aplicar un campo magnético variable con el tiempo.
El resto de las ecuaciones de Maxwell:
∇ ×H = J + (∂ D /∂t)
Js = (c/ 4π) ∇ × B [2]
Relaciona la densidad de corriente con ese campo eléctrico.
Junto con relaciones básicas Newtonianas, la ecuación de Maxwell, [1] es la base de la derivación de las ecuaciones de London. Igualando la segunda ley de Newton con la fuerza eléctrica resultante de una portadora de superconducción con masa m, carga e-, y dentro de un campo eléctrico E, resulta:
F = m( dvs / dt) = -eE
Que es la ecuación del movimiento de la portadora. Siendo vs la velocidad de la portadora de superconducción.
La densidad de corriente de conductores normales con conductividad distinta de cero, viene definida por:
J =σE
Donde σ representa un equilibrio de fuerzas ejercidas por el campo eléctrico y aspectos resistivos de los conductores. Debido a que los superconductores no presentan la contrapartida resistiva, la ecuación aplicable a tales conductores es:
Js = −ens vs
Haciendo la derivada respecto al tiempo de esta densidad de supercorriente, donde la densidad local de portadores superconductores es ns, conecta la ecuación portadora de movimiento con la densidad de corriente dando como resultado la primera ecuación de London:
(dJs / dt) = (ns e² / m) E [3]
Haciendo el rotacional de ambos lados de la primera ecuación de London y aplicando la ecuación de Maxwell [1], resulta:
(m / ns e²) (∇ x dJs / dt) = ∇ x E
(mc / ns e²) (∇ x dJs / dt) + (dB / dt) = 0 [4]
Una suposición que ahora se acepta como legítima, pero que no fue totalmente aceptada cuando los London la hicieron, y es que la mera eliminación de la derivada respecto al tiempo en esta última ecuación [4] resulta en una relación físicamente valida y conocida como la segunda ecuación de London:
B = - (mc / ns e²) (∇ x Js) [5]
Sustituyendo la ecuación de Maxwell [2] en la segunda ecuación de London, nos queda:
(mc² /4π ns e²)(∇ x∇ x B) = - B
= λL² ((∇. B) - ∇ ² B) = λL² (-∇ ² . B) = - B [6]
La constante multiplicativa es definida como el cuadrado de la profundidad de penetración de London λL y representa la longitud sobre la cual la densidad de supercorriente experimenta una disminución exponencial.
Definiendo x como el eje perpendicular a la superficie del conductor, si un campo
B(x)=B (0) es aplicado paralelo a la superficie de el conductor, B(x) = B (0) e L
x
x λ − es una solución para B(x) según [6].ͪ
Una expresión similar para la densidad de corriente Lxs x s e λ J ( ) = J (0) − puede ser fácilmente formulada sustituyendo la ecuación de Maxwell [2] en la segunda ecuación de London [5]:
(- mc² /4π ns e²)(∇ x∇ x Js) = Js
= λL² (-∇ ² Js) = Js
Es evidente que el campo magnético penetra de manera exponencial desde la superficie hacia dentro del superconductor una longitud λL. Consecuentemente, la densidad de corriente experimenta una disminución exponencial.
La teoría de London explica el efecto Meissner ya que λL² (−∇2B) = −B no tiene solución uniforme en el espacio, implicando que un campo magnético uniforme no puede existir dentro de un superconductor. B(r) = Bo = cte. es una solución únicamente para Bo = 0, ya que siempre es ∇² B = 0. Este resultado indica que el flujo magnético es totalmente expulsado del interior del superconductor.
Existe un método intuitivo para la reformulación de las ecuaciones de London en términos del vector potencial A. Comenzando con el momento canónico
P = mv + (eA / c)
el cual tiene un valor de cero en el ground state, la velocidad media
< Vs > = (-eA / mc)
de las partículas superconductoras pueden ser derivadas en términos del potencial.
Si sustituyo en la ecuación de la densidad de supercorriente, Js = −ensvs, nos queda
Js = (- ns e² A / mc)
que es una expresión de la densidad en términos del potencial.
Para obtener una idea del orden de magnitud de la profundidad de penetración de London, se sugiere el caso de T=0K, ya que la densidad de supercorriente es conocida
ns = n. Para el cero absoluto, la profundidad de penetración es del orden de 100-1000Å. La electrodinámica no local explica la discrepancia entre esta estimación y los resultados experimentales actuales, los cuales tienden a ofrecer valores de penetración más elevados.
Desde el régimen de la electrodinámica clásica, la teoría de Ginzburg-Landau respalda sólidamente la teoría de London. Capaz de considerar variaciones no lineales y espaciales en la densidad de supercorriente, la teoría de Ginzburg-Landau es sin duda más complicada que la teoría de London. En general, propone una teoría fenomenológica de superconductividad. Introduce una función compleja de pseudo onda relacionada hipotéticamente con la densidad local de electrones de superconductividad ns =|ψ (r) |².
La teoría de Ginzburg-Landau como:
Una teoría de superconductividad la cual da una extraordinariamente completa informe de los hechos experimentales partiendo de los siguientes postulados simples:
El superconductor es caracterizado por
Un parámetro de orden complejo
ψ (r) = η(r) eiϕ (r)
un vector potencial
A(r), B = ∇× A
La densidad de energía libre f (r) se asume que es una función regular de ψ de tal manera que minimiza F = ∫ dr f (r).
A través de una derivación que invoca el modelo de los dos fluidos para determinar y manipular la densidad de energía libre en términos del parámetro de orden complejo y del campo magnético, la teoría de Ginzburg-Landau llega a:
El segundo término es similar a la energía cinética y es dependiente de la supercorriente. Debido a que ϕ es constante este término queda:
Teniendo en cuenta que la densidad de energía de un superconductor es
donde λeff es la profundidad de penetración efectiva. La teoría de Ginzburg- Landau nos da una expresión para λeff mediante la equiparación de la densidad de energía con la energía cinética en la ecuación de la energía libre, donde m* es la masa efectiva y e* es la carga efectiva de un electrón.
Esta expresión para la profundidad de penetración es equivalente a la que se derivó de la teoría de London, así se demuestra como la teoría de Ginzburg-Landau refuerza la teoría de London.
Concluyendo se podría resumir que la teoría de London juega un papel vital en la explicación de la distinción entre los superconductores y los conductores normales. Utilizando el modelo de los dos fluidos y las ecuaciones de Maxwell, se obtienen las ecuaciones de London
(dJs / dt) = (ns e² / m) E
B = - (mc / ns e²) (∇ x Js)
Que describen el campo magnético y la densidad de supercorriente en un superconductor.
Esto lleva a la expresión 2∇2B = B λL, la cual solo tiene una solución constante B(r) = Bo =0. Por lo tanto, el flujo magnético es totalmente expulsado del interior del cuerpo superconductor así la teoría de London explica el efecto observado experimentalmente y denominado Meissner-Ochsenfeld.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Las líneas de transmisión operan a 60 Hz, que es la frecuencia de operación utilizada en los sistemas de energía eléctrica de ciertos países. Mientras que en los países de Europa la frecuencia de operación es de 50 Hz.
La energía eléctrica es generada en las centrales de generación (lugar donde se ubican las fuentes de energía primaria que hacen girar las turbinas, que a su vez, hacen girar un alternador, generando así energía eléctrica), y luego es transportada por medio de conexiones de transmisión metálicas (líneas de potencia aéreas) hasta las subestaciones y finalmente a los consumidores de energía.
Una línea de transmisión aérea consiste principalmente de estructuras de soporte (torres o postes) de las cuales los conductores eléctricos son suspendidos por medio de un juego de aisladores. Cada juego de aisladores soporta uno o un arreglo de conductores los cuales llevan una fase eléctrica del suministro de potencia. Los conductores de cada fase son suspendidos y separados de los otros conductores y de la torre de transmisión para prevenir el flashover y corto circuitos entre una fase y otra, o entre la fase y tierra (usando como medio de aislamiento el aire).
En las líneas aéreas, los conductores consisten de cables desnudos. Así cualquiera que se acerque a uno de ellos presenta un peligro letal debido a que se rompe la rigidez dieléctrica del aire establecido y un flujo de corriente eléctrica precederá el contacto real con el conductor.
La corriente eléctrica más comúnmente usada por las líneas de transmisión, es la corriente alterna AC trifásica, circuitos trifásicos compuestos por tres conductores o un arreglo de conductores conducen la corriente eléctrica alterna, mientras que uno o dos conductores conectados a tierra localizados en la parte superior a los conductores vivos protegen los circuitos de las descargas atmosféricas. En la figura 1 se muestran las estructuras utilizadas para el soporte de conductores eléctricos.
FIGURA 1. a) y b) Estructuras de soporte de conductores eléctricos
a)
b)
Los voltajes normalizados o estandarizados para uso en la transmisión de la energía eléctrica han sido establecidos por el American Nacional Standards Institute (ANSI) en Estados Unidos. Los voltajes normalizados según la norma C84 y C92.2 del ANSI, se muestran en la tabla I.
Fuente: Normas ANSI C84, C92.2
Se utiliza también la transmisión en 400 kV (EHV), mientras que la transmisión con niveles de 1,100 kV (1,200 kV) normalizado, no se emplea aun como nivel comercial, si bien se han terminado suficientes estudios de investigación y desarrollo que comprueban su factibilidad técnica.
El recorrido de la corriente eléctrica desde la etapa de generación hasta la entrega final (consumidores), se realiza en lo que se denomina sistema interconectado de líneas o sistema de potencia.
Un sistema de potencia se divide en partes tales como:
• Sistema de transmisión: conectan los centros de generación de energía eléctrica con las subestaciones o instalaciones industriales, para realizar esta función se elevan los voltajes por medio del uso de transformadores de potencia, a valores con capacidad de 115, 230 y 765 kV.
• Sistema de subtransmisión: este sistema tiene como función alimentar las subestaciones de distribución, desde las subestaciones de transmisión o las estaciones generadoras. Los voltajes de los circuitos de subtransmisión van desde 12 a 69 kV.
• Sistema de distribución: esta parte del sistema de potencia se encuentra entre las subestaciones de distribución y el equipo de entrada de servicio de los consumidores
Campos en el ambiente
Las líneas de transmisión en alta tensión (HV), se encuentran en un medio uniforme como el aire y producen dos tipos de campos en el ambiente tal como el campo eléctrico AC y magnético AC, estos dos campos forman lo que se llama campo electromagnético.
Campo eléctrico
El campo eléctrico E, existe siempre que estén presentes partículas eléctricamente cargadas, la carga de estas puede ser positiva o negativa (protones y electrones) las mismas ejercen fuerzas una sobre la otra. Si dos partículas de carga opuesta están presentes ejercerán una fuerza de atracción. Al contrario si dos partículas de carga de igual signo están presentes la fuerza será de repulsión. El concepto que relaciona la fuerza eléctrica entre partículas es el campo eléctrico.
Otro concepto que se relaciona muy ligadamente al campo eléctrico, es el potencial eléctrico debido a que el potencial eléctrico entre dos puntos esta relacionado con el trabajo físico (fuerza que actúa a través de una distancia), el campo eléctrico hará mover la carga eléctrica entre los dos puntos.
La unidad para el potencial eléctrico es el Voltio (V), pero dado que la diferencia de potencial es definida en términos del trabajo hecho por el campo eléctrico a mover un carga de prueba entre dos puntos, también tiene unidades de trabajo por unidad de carga, esto es, la fuerza por unidad de carga multiplicada por la distancia. Si las unidades para el campo eléctrico son fuerza por unidad de carga, entonces los Voltios = campo eléctrico x distancia (metros). Así un conjunto de unidades apropiadas para medir el campo eléctrico es el voltio por metro (V/m).
La intensidad del campo eléctrico es una medida de la fuerza sobre una carga que está en el campo; la intensidad del campo eléctrico en V/m es igual a la fuerza en Newton por Coulomb sobre un Coulomb de carga en el punto de interés, tal como:
E = q / (2 * π * x * k) V/m
x distancia entre el objeto y la fuente de campo eléctrico
k permitividad del medio, en unidades de faradios por metro; su
valor en el espacio libre es de εo = 8.85 x 10-12 F/m.
Para reducir las pérdidas en la transmisión por el Efecto Joule, los ingenieros electricistas saben que la corriente en la línea debe ser la menor posible. Como la potencia generada se da por la ecuación P = i VAB, para que no haya una reducción de potencia de la estación, la disminución de i debe compensarse por una elevación de voltaje VAB. Llegamos así a la siguiente conclusión:
Para reducir las pérdidas por efecto Joule, (I²*R), en las líneas de transmisión de energía eléctrica, esta debe ser hecha con baja corriente y alto voltaje (alta tensión).
Por eso, el voltaje generado en una estación eléctrica antes de la transmisión tiene su valor elevado a varios millares de voltios (alta tensión), y antes de distribuirse a los consumidores, ese alto voltaje debe, por cuestiones de seguridad, tener un valor bajo. Esos cambios de voltaje pueden hacerse con relativa facilidad, usando transformadores porque, como ya se dijo, en las centrales eléctricas siempre se generan corrientes alternas. Si los generadores fueran de corriente continua, esas transformaciones de voltaje no podrían hacerse y la transmisión de energía eléctrica a grandes distancias no sería viable, debido a las enormes pérdidas que ocurrirían en las líneas por el Efecto Joule.
Campo magnético creado por las líneas de transmisión
Las corrientes que circulan en los conductores de fase son la fuente de los campos magnéticos creados alrededor de las líneas de transmisión. Estas corrientes tienen una variación estadística, considerando la magnitud y duración, que depende de la fluctuación de la carga durante el día. El retorno por tierra de las líneas de potencia y el sistema de transmisión huésped forman un lazo con un área efectiva por la cual existe un flujo magnético neto variable en el tiempo. Esto resulta en un voltaje magnéticamente inducido en el lazo, a consecuencia de la ley de Faraday, donde el voltaje inducido depende de la densidad de flujo magnético, tal y como se muestra en la siguiente expresión:
fem = dθ/dt
Dos de los factores importantes en la creación del campo magnético a nivel de tierra son la ubicación de las trayectorias de circulación de retorno por tierra y sus magnitudes de corriente.
Normalmente los derechos de vía se comparten con tuberías enterradas u otros objetos que pueden desviar las trayectorias de las corrientes de retorno, haciendo más complejo el análisis de los campos producidos.
Si se considera que la corriente en el conductor de fase (fuente de corriente) debe tener una corriente de retorno, esta corriente debe ser igual a las corrientes que circulan en la tierra, conductor neutro, hilo de guarda, líneas telefónicas, tuberías metálicas enterradas u otros objetos metálicos que comparten el mismo derecho de vía.
El voltaje inducido en sistemas que comparten un mismo derecho de vía con líneas de potencia es el resultado de la superposición del efecto de la corriente de cada conductor de línea. Como ejemplo tenemos en la figura una línea trifásica con configuración horizontal de 115 kV, con una corriente balanceada de 300 A (magnitudes iguales y desfasadas 120 grados).
SISTEMAS DE TRANSMISION CON SUPERCONDUCTORES
Antes de discutir los cables superconductores, primero es necesario describir los cables convencionales.
Conceptos de Diseño básico
Los cables de alto voltaje deben realizar dos funciones: (1) deben tener un conductor que puede llevar una corriente util, y (2) deben aislar a cada conductor de los otros conductores de fase y tierra. Los cables de transmisión de potencia convencionales consisten de una estructura conductora rodeada por un sistema dieléctrico que sostiene la presión del dieléctrico y protege el cable del ambiente.
El medio de presión es un fluido dieléctrico o gas de nitrógeno. El material del conductor es cuerdas de cobre o aluminio, dependiendo de las condiciones económicos en el momento de fabricación. El dieléctrico es papel impregnado de aceite secado al vacío o PPP. La estructura puede ser una cañería de acero conteniendo las tres fases, o capas de aluminio o plomo sobre cada fase. El último es conocido como un cable autónomo, bastante común en Europa pero no popular en los Estados Unidos.
Las pérdidas óhmicas ocurren en un conductor convencional (no superconductor) cuando el cable lleva la corriente. Las pérdidas de óhmicas también ocurren en los escudos del dieléctrico y el blindaje debido a las corrientes circulantes inducidas, las corrientes de remolino, e histéresis causadas por los campos magnéticos de AC creados por las corrientes en los tres conductores. Las pérdidas Dieléctrica ocurren en el dieléctrico debido al voltaje aplicado. Estas pérdidas aparecen como el calor y causan que la temperatura del cable suba hasta que el la dispersión del ambiente equilibra el calor generado por las pérdidas. La degradación termal de la celulosa en el dieléctrico limita la temperatura a que el sistema puede operar y por eso los límites la capacidad de traslado de potencia del sistema.
Diseño de Cables Superconductores
La motivación para un cable superconductor es reemplazar al conductor metálico con un superconductor que puede llevar una corriente más grande con el más baja perdida (por perdida óhmica cero en el caso de DC). El inconveniente es la necesidad de guardar frío el superconductor. Esto requiere un cauce para el flujo del cryogeno, más un una capa para el aislamiento. Afortunadamente, el conductor puede soportar una densidad de corriente muy grande, así poco material se necesita para el conductor. Esto deja el espacio para el cauce del cryogeno y la capa contenedora y permite a un cable superconductor ser comparable en tamaño a (o más pequeño que) un cable convencional. Esto es importante porque más de la mitad del costo de instalaciones subterráneas convencionales es la excavación de la trinchera para contener el sistema.
Hace décadas, el trabajo de desarrollo en los cables de LTSC consideró muchos conceptos del diseño alternativos algunos de los cuales eran verdaderamente raros. Todos los planesse manejaron por dos factores que no pueden aplicarse a los sistemas del cable basados en HTSC. Primero, el costo de la energía de refrigeración para los cables a temperaturas debajo de 10 K puso condiciones en la minimización de pérdidas. Los diseñadores de cables LTSC antiguos tenían que enfrentar el costo de refrigeración de helio, con una multa de casi 400 W por vatio de calor removido. Segundo, las capacidades del sistemas fueron colocados en altos niveles en anticipación al crecimiento continuado y economías de balanza (de los años 1965 y 1975). Esto requirió diseños de cables que no podrían usar conceptos del cable convencionales y materiales, debido a la necesidad de reducir pérdidas óhmicas y de dieléctrico al mínimo absoluto. Los diseños de cable DC eran directos, porque hay cero pérdidas óhmicas y la dispersión del dieléctrico es insignificante. El problema de pérdida para los cables de DC era controlar la fuga en calor, los conceptos de DC tenían menos refrenamientos, y los trabajos para desarrollar cables LTSC de DC propusieron varios conceptos diferentes todos de los cuales eran hasta cierto punto viables.
CONCLUSIONES
Las líneas de transmisión eléctricas poseen conductores que ofrecen gran resistencia, el cual permite que lo atraviese las líneas de flujo magnético creando un campo magnético que a su vez produce un aumento de la temperatura del conductor, por efecto joule, convirtiendo la energía eléctrica en calor la cual es una energía perdida, es decir que no se utiliza. A medida que se fueron realizando estudios y experimentos a través de aleaciones químicas de materiales se han descubierto nuevos materiales que no producen perdidas como son los superconductores, el cual ofrece una baja resistencia eléctrica por su composición en forma de pares de electrones. Esto permite que el flujo magnético producido por la energía eléctrica que transporta no atraviese el conductor, y prácticamente su campo magnético es cero, por lo tanto las perdidas en los conductores por efecto joule sean prácticamente despreciables.
A pesar de lo avanzada que resulta la tecnología de los superconductores, y de lo eficiente que pudiese resultar su uso, este aun está muy lejos de sustituir las líneas de transmisión convencionales actuales porque el costo económico en la elaboración de este tipo de superconductores es muy superior a las pérdidas de energía ocasionadas por el uso de las líneas de transmisión actuales.
Aun así se han desarrollados pequeños proyectos a nivel mundial, enfocados más que nada a la transmisión en corriente directa o continua, (dc o cc).
Las mayores complicaciones en el uso de los superconductores radica en el sistema de enfriamiento que se debe utilizar para mantener la temperatura adecuada, temperatura critica, a la cual debe mantenerse el conductor para que mantenga su estado de superconducción.
La utilización de las líneas de transmisión actual generan campos magnéticos y eléctricos que causan daños a los seres vivos, cuando se trata de altos voltajes, con el uso de los superconductores estos daños desaparecerían prácticamente, es decir el uso de los superconductores permitiría que los campos magnético y eléctricos producidos por efecto Joule se minimizaran, siendo menos peligroso a los seres vivos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
José Alberto Díaz García, (2008). Sistematización del diseño de Dispositivos de levitación Superconductora por efecto Meissner [Resumen en línea]. Tesis Doctoral, Universidad Carlos III De Madrid. Leganés. Disponible: http/www.tesisenred.net Consulta: 2011 Junio 1.
Universidad Autónoma de Nuevo León, (2006). [Página Web en línea].
Disponible: http://gama.fime.uanl.mx
Wikipedia Libre, Disponible: http://es.wikipedia.org/wikipedia
ANEXOS
Sistemas de Generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica.
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