La Universidad de Tecnología de Lappeenranta en Finlandia ha construido el primer prototipo de motor eléctrico del mundo utilizando hilo de nanotubos de carbono en los devanados del motor. La nueva tecnología puede mejorar significativamente el rendimiento.

Los ingenieros de LUT han construido el primer motor eléctrico del mundo aplicando un material textil; hilo de nanotubos de carbono. El hilo de nanotubos de carbono de mayor conductividad eléctrica en la actualidad sustituye a los hilos de cobre habituales en los devanados. El prototipo de motor está construido por el grupo de Ingeniería Eléctrica LUT como un comienzo hacia el peso ligero, Accionamientos eléctricos eficientes.

La potencia de salida del motor de prueba es de 40 W, gira a 15000 rpm, y tiene una eficiencia de casi el 70%. En el futuro cercano, Las fibras de nanotubos de carbono tienen el potencial de mejorar significativamente el rendimiento y la eficiencia energética de las máquinas eléctricas. La nueva tecnología puede revolucionar toda la industria.

Los investigadores buscan constantemente oportunidades para mejorar el rendimiento de las máquinas eléctricas; Para tal fin, uno de los objetivos es encontrar cables de mayor conductividad para los devanados. Los mejores nanotubos de carbono (CNT) han demostrado conductividades mucho más allá de las de los mejores metales. Por lo tanto, Los devanados futuros hechos de CNT pueden tener una conductividad doble en comparación con los devanados de cobre actuales. Para que los CNT sean fáciles de manipular, se hilan para formar hilo multifibra.

"Si mantenemos los parámetros de diseño de la máquina eléctrica sin cambios y solo reemplazamos el cobre con futuros cables de nanotubos de carbono, es posible reducir las pérdidas de Joule en los devanados a la mitad de las pérdidas de la máquina actual. Los alambres de nanotubos de carbono son significativamente más livianos que el cobre y también más amigables con el medio ambiente. Por lo tanto, Reemplazar el cobre con cables de nanotubos debería reducir significativamente las emisiones de CO2 relacionadas con la fabricación y operación de máquinas eléctricas. Es más, las dimensiones y masas de la máquina podrían reducirse. Los motores también podrían funcionar a temperaturas significativamente más altas que las actuales, "dice el profesor Juha Pyrhönen, quien ha liderado el diseño del prototipo en LUT.

Sin límite superior definido para la conductividad

Tradicionalmente, los devanados de las máquinas eléctricas están hechos de cobre, que tiene la segunda mejor conductividad de los metales a temperatura ambiente. A pesar de la alta conductividad del cobre, una gran proporción de las pérdidas de las máquinas eléctricas se producen en los devanados de cobre. Por esta razón, las pérdidas de Joule a menudo se denominan pérdidas de cobre. El hilo de nanotubos de carbono no tiene un límite superior definido para la conductividad (por ejemplo, ya se han medido valores de 100 MS / m).

Según Pyrhönen, las máquinas eléctricas son tan omnipresentes en la vida cotidiana que a menudo nos olvidamos de su presencia. Solo en una casa unifamiliar puede haber decenas de máquinas eléctricas en varios electrodomésticos como refrigeradores, lavadoras, secadoras de cabello, y ventiladores.

"En la industria, el número de motores eléctricos es enorme:puede haber hasta decenas de miles de motores en una sola unidad de la industria de procesos. Todos estos usan cobre en los devanados. Como consecuencia, encontrar un material más eficiente para reemplazar los conductores de cobre conduciría a cambios importantes en la industria, "dice el profesor Pyrhönen.

Innovación importante para la industria

El motor prototipo utiliza hilos de nanotubos de carbono hilados y convertidos en una cinta aislada por una empresa japonesa-holandesa Teijin Aramid. que ha desarrollado la tecnología de hilado en colaboración con Rice University, EE.UU. Las aplicaciones industriales del nuevo material están todavía en pañales; aumentar la capacidad de producción junto con la mejora del rendimiento del hilo facilitará pasos importantes en el futuro, cree que el Dr. Marcin Otto, Gerente de Desarrollo Comercial de Teijin Aramid, de acuerdo con el profesor Pyrhönen.

"Existe un potencial de mejora significativo en las máquinas eléctricas, pero ahora nos enfrentamos a los límites de la física de los materiales establecidos por los materiales de bobinado tradicionales. La superconductividad parece no desarrollarse a un nivel tal que podría, en general, ser aplicado a máquinas eléctricas. Materiales carbónicos, sin embargo, parecen tener una pole position:esperamos que en el futuro, la conductividad de los hilos de nanotubos de carbono podría ser incluso tres veces la conductividad práctica del cobre en las máquinas eléctricas. Además, el carbono es abundante, mientras que el cobre necesita ser extraído o reciclado mediante procesos industriales pesados ​​".