Segons una estadística de la Universitat de Chicago, el 50 % de la potència elèctrica nord-americana passa per un motor. Els vehicles, com ara cotxes i avions, disposen de motors que transformen la energia elèctrica en moviment com són ventiladors bombes, etc. o fer fred tal com ho fan els electrodomèstics. Com que aquest espai és tan gran, els motors més eficients podrien marcar una diferència significativa en l'ús de l'energia.
Quan un motor funciona per transformar l'energia elèctrica a l'energia mecànica, un corrent altern proporciona un camp magnètic als materials magnètics dins del motor. Els dipols magnètics passen de nord a sud, i fan que el motor giri. Aquesta variació dels materials magnètics fa que s'escalfi, perdent energia.
Però, què passa si el material magnètic no s'escalfa? Michael McHenry, professor de ciències de materials i enginyeria (MSE) de la Universitat Carnegie Mellon, i el seu grup, aborden aquest problema mitjançant la síntesi de materials metàl·lics nano-compostos (MANCs), que són una classe de materials magnètics tous eficients en la transformació de l'energia a altes freqüències de manera que, permeten als motors més petits ser més eficients.
La potència d'un motor depèn de la seva velocitat. Quan gira un motor a altes velocitats, el material magnètic canvia a una freqüència més alta. La majoria d'acers magnètics, que és el que tenen els motors més grans, la pèrdua de potència a freqüències més altes, es tradueix en un increment de la calor.
Actualment, els motors solen estar fabricats amb acers de silici. Els MANC ofereixen una alternativa als acers de silici i, per la seva alta resistivitat (amb quina força s'oposen a un corrent elèctric),per tant, no s'escalfen tant i, poden girar a velocitats molt més altes.
Com a resultat, es pot reduir la mida del motor a una determinada densitat de energia o fer un motor de més potència a la mateixa mida.
El grup de McHenry, en col·laboració amb el Laboratori Nacional de Tecnologia Energètica (NETL), el Centre d'Investigació Glenn de la NASA i la Universitat Estatal de Carolina del Nord, estan dissenyant un motor de 2,5 kW que pesa menys de 2 kg. Recentment, l'han provat a 6.000 rpm i estan buscant construir-ne de més grans que girin encara més ràpidament. El disseny, finançat pel Departament d'Energia (DOE) Advance Manufacturing Office, combina imants permanents amb els MANC.
Per sintetitzar els materials MANC, McHenry i el seu equip han solidificat ràpidament els metalls líquids en aproximadament un milió de graus per segon. Com que treballen a escala de laboratori, estan analitzant mostres de 10 grams i mostren les propietats magnètiques. A través de diverses associacions amb institucions associades de recerca i de la indústria, poden utilitzar aquests MANCs i ampliar el procés de fabricació per al seu ús per aplicacions del món real.
Durant el procés de transformació de potència en un motor convencional, la magnetització del motor canvia de materials, sovint produint pèrdues de potència. Però amb MANCs, les pèrdues associades a la commutació de la magnetització es redueixen considerablement perquè són un metall més vidriós en comptes d'un metall cristal·lí. La diferència estructural és a nivell atòmic: quan el material es fon, i després ràpidament es refreda, els àtoms no tenen temps de trobar posicions en una xarxa cristal·lina.
El grup i col·laboradors de McHenry són alguns dels pocs que demostren l'ús de MANCs en motors. El seu disseny també utilitza els seus propis materials patentats -una combinació de ferro i cobalt, i ferro i níquel, barrejats amb formadors de vidre. Els MANCs eficients, també permeten l'ús d'imants permanents de menor cost, que no requereixin de materials crítics en el disseny del motor.
Mentre que els investigadors examinen en proporcions més petites a escala de laboratori, les col·laboracions amb empreses de la indústria i altres laboratoris de recerca poden portar aquests metalls a escala per al seu ús en la indústria.
Finalment, es pot anar a velocitats més altes i majors potencies amb aquests dissenys, Ara mateix s'està comparant un motor més petit, i després intentar construir-lo més gran. Els motors tenen aplicacions aeroespacials, per vehicles, i fins i tot aspiradors. Els motors són importants en qualsevol nombre d'aplicacions. En general, els motors representen un gran ús de l' energia elèctrica, de manera que són una àrea on les eficiències poden marcar una gran diferència.
Font: Carnegie Mellon University Materials Science and Engineering
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada