DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Los superconductores son materiales que pierden por completo su resistencia eléctrica cuando se enfrían a temperaturas muy bajas. Ya en 1911 se registraron materiales que mostraban estos fenómenos. La temperatura crítica por debajo de la cual se produce el efecto es solo ligeramente superior al cero absoluto para estos materiales, lo que requiere helio líquido para su enfriamiento (temperatura: -269 °C).
La superconductividad puede generar campos magnéticos extremadamente altos. Estos son necesarios, por ejemplo, en medicina, en investigación o en fusión nuclear. Debido al costoso enfriamiento con helio, las posibles aplicaciones son limitadas. El suministro de helio para estas aplicaciones forma parte del programa de entrega de Messer.
En 1986, los científicos Georg Bednorz y Alexander Müller descubrieron materiales con una temperatura crítica cercana al punto de ebullición del nitrógeno líquido (-196 °C) y fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1987. Dado que estos denominados superconductores de alta temperatura (HTSC) pueden enfriarse con nitrógeno líquido, existe una amplia gama de aplicaciones para la superconductividad, por ejemplo, en limitadores de corriente, motores eléctricos y generadores.
Una nueva aplicación de estos materiales es la transmisión sin pérdidas de energía eléctrica a través de cables de alimentación. Esto supone una gran ventaja, especialmente en las grandes ciudades y zonas industriales, ya que el tendido de cables de cobre convencionales suele plantear dificultades debido al gran espacio que requieren. Además, los cables HTSC no generan campos magnéticos, lo que simplifica aún más su instalación. Debido a su alta capacidad de transporte de corriente, también es posible transportar grandes cantidades de energía a un voltaje más bajo. Esto puede ahorrar subestaciones y evitar pérdidas eléctricas en los transformadores.
Otros campos de aplicación son el suministro de energía a celdas de electrólisis en la industria química o en la producción de aluminio, así como las conexiones de alta corriente de los cables de datos electrónicos.
APLICACIÓN DE GAS
Los superconductores de alta temperatura pueden enfriarse de forma sencilla y eficiente desde el punto de vista energético con nitrógeno líquido. Los limitadores de corriente, por ejemplo, se instalan en un criostato aislado al vacío, que se alimenta a través de un control de nivel con pequeñas cantidades de nitrógeno líquido para compensar las pequeñas pero inevitables pérdidas de frío.
Sin embargo, el coste de enfriar los cables de alimentación es considerablemente mayor. En este caso, se bombea nitrógeno líquido sobreenfriado a través del criostato del cable para eliminar el calor entrante. Para ello, el nitrógeno líquido debe enfriarse a -206 °C (10 °C por debajo de su punto de ebullición a presión atmosférica).
SOLUCIÓN DE MESSER
Messer ha desarrollado un sistema de refrigeración para enfriar cables de alimentación superconductores según el siguiente esquema:
La planta consta esencialmente de un subenfriador, un circuito de refrigeración y un depósito para nitrógeno líquido. El exterior del subenfriador se alimenta mediante una válvula de expansión con nitrógeno líquido procedente del contenedor de almacenamiento. Aquí, el nitrógeno se evapora, creando así el frío en el subenfriador.
Si se deja que el nitrógeno fluya directamente a la atmósfera desde el exterior del subenfriador, se evapora a su punto de ebullición (-196 °C). Sin embargo, esta temperatura de enfriamiento no es suficiente. Por lo tanto, se conecta una bomba de vacío al subenfriador, de modo que el nitrógeno se evapora en el vacío (a 150 mbar). De esta manera, la temperatura de evaporación puede reducirse a -209 °C. No es posible una mayor reducción de la temperatura porque el nitrógeno se congela a -210 °C.
Dentro del subenfriador hay un intercambiador de calor. A través de él se bombea nitrógeno líquido (que actúa como refrigerante), que se enfría hasta una temperatura de -206 °C. De este modo, la refrigeración y la transmisión del frío se realizan con el mismo equipo.
El nitrógeno líquido sobreenfriado del intercambiador de calor fluye a través del cable superconductor para disipar el calor que ha entrado. El nitrógeno se calienta ligeramente, pero siempre permanece líquido y no se evapora. A continuación, vuelve a la bomba y luego al subenfriador, donde se produce el recongelamiento a la temperatura de refrigeración de -206 °C. Esto crea un circuito de refrigeración cerrado, que está conectado a través de una línea de compensación al depósito de nitrógeno líquido para compensar las fluctuaciones de volumen y presión.
Todos los componentes del sistema de refrigeración (excepto el contenedor de almacenamiento) están instalados en un bastidor de perfiles de acero y completamente revestidos, cableados y aislados. Se proporciona un bastidor separado para las bombas de vacío. Estos «patines» son unidades totalmente funcionales que se prueban completamente en fábrica. Como resultado, el esfuerzo de instalación en el sitio es bajo y la puesta en marcha se realiza de manera rápida y eficiente.
