Los Superconductores, duros y los nuevos Superconductores

Los superconductores duros
La posibilidad de obtener un superconductor de alta temperatura crítica ha sido muy atractiva desde el momento en que se descubrió la superconductividad. Los beneficios tecnológicos que se obtendrían son muy claros y nos referiremos a ellos mas adelante. Se ha desplegado un enorme esfuerzo, tanto teórico como experimental, hacia la consecución de un material superconductor de alta temperatura crítica, y no fue sino hasta 1987 cuando, con una clase totalmente nueva de materiales superconductores, los superconductores cerámicos, se lograron temperaturas del orden de 100 Kelvin. El manejo tecnológico de los materiales cerámicos es bastante problemático, pero no es imposible.

Los superconductores cerámicos pertenecen a la clase conductores denominados Tipo II o superconductores duros. Presentan elevados valores para el campo magnético crítico.

Los nuevos materiales superconductores
Hemos mencionado ya que en abril de 1986 se anunció el descubrimiento de unos nuevos materiales superconductores que eran cerámicos y que presentaban una temperatura de transición superior a cualquiera de los materiales existentes en esas fechas. Al escribir estas líneas la temperatura crítica de transición superconductora más alta reportada es de alrededor de 135K, bastante arriba de la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido, que es un refrigerante de precio muy económico y fácil de obtener. También hay indicios muy prometedores de que se podrán lograr temperaturas de transición quizá por arriba de 200K.

Un equipo del CSIC obtiene Superconductores Nanotecnológicos y corrientes eléctricas record
Los resultados, aparecidos en la revista Nature Materials, se han conseguido mezclando nanopartículas aislantes con un superconductor. Así las propiedades mejoran de tal forma que puede aumentarse de forma espectacular los campos magnéticos generados con estos materiales.

Los materiales superconductores son capaces de transportar corrientes eléctricas 100 veces superiores a las que transporta el cobre y por ello pueden usarse para generar campos magnéticos mucho más elevados que con los metales convencionales.

No obstante, los únicos superconductores disponibles hasta la fecha son los denominados de "baja temperatura", ya que para su funcionamiento requieren ser enfriados a temperaturas extremadamente bajas usando helio líquido. Esto supone un elevado coste, lo que ha limitado el uso generalizado de estos sistemas. El descubrimiento del grupo del ICMAB-CSIC puede romper esta barrera, ya que permite obtener mejores prestaciones con temperaturas más altas, equivalentes a la del nitrógeno líquido, con lo cual los costes pueden reducirse.

Las prestaciones de los superconductores vienen determinadas por las propiedades de unos torbellinos de supercorrientes denominados vórtices, los cuales pueden desplazarse al aplicar corrientes eléctricas como si se tratara de un tornado. Para evitar su desplazamiento se requiere introducir en el superconductor defectos que tengan dimensiones nanométricas, que coincidan con el tamaño del ojo de ese tornado nanométrico.

Los nuevos materiales desarrollados constituyen un "nanocomposite" en el que nanopartículas aislantes de unos 10-20 nanómetros están distribuidas al azar en el seno del superconductor. Esta tupida red de nanopartículas modifica la estructura de defectos del superconductor, lo que redunda en un anclaje extremadamente efectivo de los vórtices, incluso bajo campos magnéticos muy elevados en los cuales los superconductores convencionales pierden sus propiedades únicas. Como consecuencia, la densidad de corriente conseguida con los nuevos materiales es cinco veces superior a la que se obtiene con los superconductores de baja temperatura actualmente disponibles.

La metodología desarrollada por el grupo del CSIC, que ha sido patentada, se basa en soluciones químicas complejas a partir de las cuales, una vez depositadas sobre un substrato y calentadas a alta temperatura, "crece una lámina superconductora, de forma similar a como se prepara un pudding con pasas", explican los investigadores. Las ventajas de esta metodología son por un lado la estructura única que se obtiene, y por otro lado, su bajo coste lo cual hace prever una rápida transferencia a la industria del nuevo descubrimiento.
Las aplicaciones que se derivarán de estos nuevos materiales, una vez llevado a cabo el escalado industrial, son muy diversas. Tal como explica el equipo investigador, el reactor de fusión nuclear ITER funcionará con imanes superconductores pero "si pudiera funcionar a temperaturas más altas, como las que ahora han usado con este nuevo material, su coste de construcción y de mantenimiento sería la mitad, lo que supone una diferencia de miles de millones de euros".

Otros ejemplos de aplicaciones son los motores potentes de barcos o industrias diversas, que serían más eficientes y ligeros. También se pueden beneficiar de estos materiales todos los sistemas que integrarán la "súper-electricidad", es decir la generación, transporte y uso eficiente de la energía eléctrica. Los investigadores del CSIC defienden el papel que puede jugar, además, en la mitigación del cambio climático. Dado el aumento en eficiencia que se consigue con estos nuevos materiales, el desarrollo de una tecnología superconductora redundará en un ahorro considerable de energía y, por tanto, en una importante reducción de la emisión a la atmósfera de gases de efecto invernadero.

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Las Fuerzas de Van der Waals

Las Fuerzas de Van der Waals son fuerzas de estabilización molecular; forman un enlace químico no covalente en el que participan dos tipos de fuerzas o interacciones, las fuerzas de dispersión (que son fuerzas de atracción) y las fuerzas de repulsión entre las capas electrónicas de 2 átomos contiguos. Fuerzas de dispersión

Todos los átomos, aunque sean apolares, forman pequeños dipolos debidos al giro de los electrones en torno al núcleo. La presencia de este dipolo transitorio hace que los átomos contiguos también se polaricen, de tal manera que se producen pequeñas fuerzas de atracción electrostática entre los dipolos que forman todos los átomos.

Repulsión Electrostática
A estas fuerzas de dispersión se opone la repulsión electrostática entre las capas electrónicas de dos átomos contiguos.

La resultante de estas fuerzas opuestas es una distancia mínima permitida entre los núcleos de dos átomos contiguos. Distancia que se conoce como radio de Van der Waals. Es ésta una fuerza muy importante en biología, porque es uno de los enlaces no covalentes que estabilizan la conformación de las proteínas.

La energía del enlace de Van der Waals es de 1–2 kcal/mol.

Las fuerzas de Van der Waals conforman el tipo más débil de fuerza intermolecular que puede darse en la naturaleza, necesitándose un aporte energético de 0,1 a 35 kJ/mol para romper dicha interacción. Distinguimos tres clases de enlace de Van der Waals:

Orientación: interacción dipolo permanente-dipolo permanente. Tienen lugar entre moléculas polares como el HCl por ejemplo, produciéndose una atracción eléctrica entre polos opuestos de moléculas contiguas, pero no así el solapamiento de los átomos interactuantes al ser de mayor tamaño que en el puente de hidrógeno.(Recordemos que el solapamiento sólo se produce en el enlace de hidrógeno, donde el N, el O y el F son especies más pequeñas). Cuanto mayor sea la polaridad de la molécula (diferencia de electronegatividad entre los átomos que la forman), más fuerte será la interacción.

Inducción: interacción dipolo permanente-dipolo inducido. Se produce entre una molécula polar y otra apolar. En este tipo de interacción, el dipolo permanente de la molécula polar provoca una deformación en la nube electrónica de la molécula apolar que se aproxima(el polo negativo de la molécula polar induce el desplazamiento de lo electrones de la molécula polar hacia el polo opuesto, apareciendo un dipolo). De este modo, se establece una atracción eléctrica entre polos opuestos. Este tipo de enlace también se conoce como polarización, siendo tanto más intenso cuanto mayor sea la polarización de la molécula apolar. La intensidad de este fenómeno dependerá de la mayor o menor polaridad (diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman la molécula polarizante; la polar) así como del tamaño de la molécula polarizada (a mayor número de electrones, más desigualdad de disposición puede existir).

Dispersión (Fuerzas de London): dipolo instantáneo-dipolo instantáneo. Aparecen en todos los compuestos moleculares, siendo la única fuerza intermolecular que aparece entre moléculas apolares. Se produce por la aparición de una distribución asimétrica de la carga en una molécula (dado el movimiento continuo de los electrones). Este fenómeno induce la aparición de un dipolo instantáneo en la molécula que se aproxima, estableciéndose una interacción muy débil e instantánea. La intensidad de esta interacción depende del tamaño de la molécula (a mayor número de electrones, mayor posibilidad de la aparición de un dipolo instantáneo).

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Space Shuttle Discovery 360VR

El transbordador espacial Discovery (designación NASA: OV-103) fue una de las tres naves que permanecieron en la flota de transbordadores espaciales de la NASA, junto con el Atlantis y el Endeavour. El Discovery era el tercer transbordador operativo y el más antiguo que continuaba en servicio. Realizó misiones sobre investigación y montaje de la Estación Espacial Internacional (ISS).

El nombre de la nave proviene del barco de exploración HMS Discovery, que acompañó al HMS Resolution de James Cook en su tercer y último viaje. Otras embarcaciones comparten el mismo nombre, como la Discovery de Henry Hudson que entre 1610 y 1611 buscó el Paso del Noroeste; y el RRS Discovery de Scott y Shackleton que se utilizó en sus viajes a la Antártida de 1901-1904. Además, el transbordador comparte nombre con la nave de ficción Discovery One de la película 2001: A Space Odyssey.

El Discovery fue el transbordador encargado de lanzar el telescopio espacial Hubble. La segunda y tercera misión de servicios al Hubble también fueron realizadas por el Discovery. También puso en órbita la sonda Ulysses y tres satélites TDRS. El Discovery ha sido escogido en dos ocasiones como el orbitador para regresar al espacio, la primera en 1988 como regreso tras el accidente del transbordador Challenger en 1986 y, posteriormente, en un regreso doble en julio de 2005 y julio de 2006 tras el accidente del transbordador Columbia de 2003. El transbordador también ha transportado al astronauta John Glenn, del Proyecto Mercury, que en ese momento contaba con 77 años, convirtiéndose en la persona de mayor edad en el espacio.

Dentro del Sitio 360vr.com nos muestran un Recorrido Virtual de la cabina de mando del OV-103. Aquí podemos observar en una vista de 360 la cantidad de equipo, controles y monitores que los astronautas debieron de revisar durante una de las tantas misiones que el Discovery efectuó en sus años de servicio.

Visiten la página de The Last Shuttle

Aquí podrán ver el Recorrido Virtual 360
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Bienvenidos al Blog Materiales, Tecnología y Producción

Sean ustedes Bienvenidos al Blog Materiales, Tecnología y Producción!!
Este espacio virtual se crea con el firme propósito de poder compartir contenidos, información, videos, presentaciones e información de asignaturas relacionadas con las carreras de Ingeniería Industrial y Administración Industrial.

Con esta entrada queda oficialmente inaugurado este espacio educativo. Recuerden que sus comentarios serán muy importantes para la mejora continua de este Blog.

Aquí les comparto un interesante video que muestra el Proceso del Acero.
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