Energia armazenada em campos magnéticos: Aproveitando o invisível

Energía almacenada en campos magnéticos: aprovechar lo invisible

25 de junio de 2024 Luciano Bertene

Almacenamiento de energía en campos magnéticos: aprovechar lo invisible

El mundo de los imanes guarda un secreto fascinante: la capacidad de almacenar energía en campos magnéticos. Si bien a menudo pensamos en los imanes en términos de atracción y repulsión, su capacidad para almacenar energía es igualmente fascinante y desempeña un papel crucial en diversas tecnologías. Este artículo explora el fascinante fenómeno de la energía almacenada en un campo magnético, examinando cómo funciona y sus aplicaciones prácticas que dan forma a nuestro mundo moderno.

El almacenamiento de energía es fundamental para nuestro mundo moderno y alimenta todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos y ciudades enteras. Si bien las formas más comunes de almacenamiento de energía son las baterías y los condensadores, otro método poderoso y a menudo pasado por alto es el almacenamiento de energía en campos magnéticos. El almacenamiento de energía magnética, a menudo denominado energía magnética, es una tecnología apasionante y prometedora que tiene el potencial de revolucionar la forma en que almacenamos y utilizamos la energía.

Conservación de energía en flujo magnético.

Sabemos que se necesita energía para crear un flujo, es decir, un flujo magnético; sin embargo, no es necesario mantenerlo. Esto es aproximadamente equivalente a la energía necesaria para elevar el agua a una determinada altura (h), es decir, 'mgt' julios. Sin embargo, no se requiere energía para mantener el agua a la altura 'h'. Esta energía 'mgh' se registra como energía potencial y puede utilizarse para diversos fines.

Considere una corriente de solenoide que se puede controlar usando el interruptor S y la resistencia R como se muestra en la figura anterior.

El interruptor S está inicialmente abierto y la corriente a través de la bobina I es cero. Una vez cerrado el interruptor, la corriente puede intentar aumentar su valor a I. Desprecie la resistencia del anillo.

Expandir 'null' a 'l' y especificar 'dt' segundos llevará algún tiempo. Sin embargo, las conexiones de flujo asociadas con la bobina pueden cambiar. Por esta razón, existirá una fuerza electromotriz autoinducida dentro de la cerradura, cuyo valor viene dado por

mi = -L (dI/dt)

Por tanto, la bobina puede intentar contrarrestar el aumento de corriente en cualquier momento. Para superar esta resistencia, la fuente de alimentación debe suministrar energía al circuito. A menudo esto no es más que la energía necesaria para lograrlo, es decir, el flujo magnético o la corriente alrededor de la bobina.

Ahorro energético en circuitos inductivos

Cuando la corriente alcanza su valor máximo, el cambio actual se detiene. Por lo tanto, ya no puede aparecer ninguna fuerza electromotriz inducida. Ninguna energía almacenada en los campos magnéticos se elimina de la fuente en la bobina. Por tanto, no se requiere energía para mantener el flujo establecido. Esto ocurre a menudo porque la fuerza electromotriz inducida continúa mientras haya un cambio en las líneas de flujo con respecto a la bobina, de acuerdo con la ley de Faraday.

Cuando la corriente se reduce a cero al abrir el interruptor, la corriente a través de la bobina comienza a disminuir y el flujo comienza a disminuir. Por tanto, según la ley de Faraday, existe una fuerza electromotriz inducida en el eje. Sin embargo, según la ley de Lenz, intentará resistir porque su producción reduce la corriente. Así, con esta fuerza electromotriz inducida podemos intentar mantener la corriente en su valor original. Esta fuerza electromotriz inducida actúa inmediatamente como fuente y suministra energía a la unidad de almacenamiento. Esto no es lo mismo; el punto mantenido en el flujo magnético se restablece a medida que el campo colapsa. Así, la energía se conserva mientras que un aumento de corriente regresa a la fuente tan pronto como la corriente disminuye, es decir, cuando el campo colapsa.

Conceptos básicos de la energía magnética

La energía magnética se almacena en los campos magnéticos creados por imanes o corrientes eléctricas. Estos campos pueden almacenar energía, del mismo modo que un resorte almacena energía potencial cuando se comprime. La energía almacenada en un campo magnético es función de la resistencia de la superficie y del volumen que ocupa. Cuanto más fuerte sea el campo magnético y cuanto más grande sea el libro, más energía se podrá almacenar.

Así funciona el almacenamiento de energía magnética

El almacenamiento de energía magnética se puede realizar de varias formas, pero uno de los métodos más comunes es el uso de imanes superconductores. Los superconductores son materiales que no tienen resistencia eléctrica a temperaturas extremadamente bajas. Esta propiedad permite mantener una corriente eléctrica constante de forma indefinida sin liberar energía en forma de calor.

Cuando una corriente fluye a través de una bobina superconductora, crea un campo magnético. Este campo magnético puede almacenar una cantidad significativa de energía. La principal ventaja de los imanes superconductores para el almacenamiento de energía es su capacidad para almacenar y liberar energía de forma rápida y eficiente. Esto los hace ideales para aplicaciones donde se requiere una descarga rápida de energía, como en sistemas eléctricos y de transporte de alta potencia.

Aplicaciones de almacenamiento de energía magnética

En la búsqueda de soluciones energéticas eficientes y sostenibles, el almacenamiento magnético de energía se ha convertido en un factor clave. Esta innovadora tecnología aprovecha el poder de los campos magnéticos para almacenar y liberar energía, ofreciendo una gama de aplicaciones que son muy prometedoras para un futuro más ecológico y confiable. Este artículo examina algunas de las aplicaciones más interesantes del almacenamiento de energía magnética y su potencial para remodelar el panorama energético.

Integración de energías renovables

Una de las aplicaciones más interesantes del almacenamiento de energía magnética es la integración de fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, en la red eléctrica. Estas fuentes a menudo producen una producción de energía variable e impredecible. Los sistemas de almacenamiento de energía magnética, como los volantes magnéticos o el almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES), pueden absorber el exceso de energía cuando esté disponible y liberarlo cuando sea necesario, asegurando un suministro de energía estable y continuo. Esta capacidad es fundamental para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y avanzar hacia una combinación energética más sostenible.

Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS)

El almacenamiento de energía magnética juega un papel crucial a la hora de proporcionar soluciones de suministro de energía ininterrumpida. Incluso los cortes de energía de corta duración pueden afectar gravemente instalaciones críticas como centros de datos, hospitales y plantas industriales. Los sistemas de almacenamiento de energía magnéticos pueden cerrar la brecha entre los cortes de energía y la activación de generadores de respaldo, asegurando una transición perfecta y evitando la pérdida de datos o daños a los equipos.

Vehículos eléctricos (EV)

La creciente popularidad de los vehículos eléctricos depende del almacenamiento avanzado de energía en campos magnéticos. Se están investigando tecnologías de almacenamiento magnético de energía en vehículos eléctricos, que ofrezcan opciones de carga rápida y mayor densidad energética. Los materiales magnéticos como los imanes de neodimio son una parte integral de los motores de los vehículos eléctricos, lo que destaca el papel del almacenamiento de energía magnética en la electrificación del sector del transporte.

Estabilidad de la red y regulación de frecuencia.

Mantener la estabilidad de la red eléctrica es una tarea compleja, especialmente dada la creciente integración de fuentes de energía renovables con disponibilidad fluctuante. La energía almacenada en un campo magnético puede estabilizar la red respondiendo rápidamente a las fluctuaciones en la demanda y el suministro de electricidad. Pueden ayudar a regular la frecuencia, asegurando que la red funcione a la frecuencia deseada y evitando cortes de energía y problemas de voltaje.

Exploración espacial

El almacenamiento de energía magnética proporciona una solución liviana y confiable para la exploración espacial donde la energía debe almacenarse y administrarse de manera eficiente para misiones de larga duración. Los rodamientos magnéticos, que dependen del almacenamiento de energía en campos magnéticos, se utilizan en naves espaciales para minimizar la fricción y el desgaste, asegurando la longevidad de los componentes críticos.

Conclusión

El concepto de energía almacenada en campos magnéticos revela las notables capacidades de los imanes más allá de sus interacciones típicas. Comprender cómo se puede utilizar y almacenar la energía de esta manera es fundamental para muchas tecnologías, desde la electrónica cotidiana hasta los sistemas avanzados de almacenamiento de energía. A medida que desarrollemos métodos más eficientes para generar y entregar energía, los campos magnéticos desempeñarán un papel cada vez más importante al proporcionar fuentes de energía más limpias y sostenibles y brindarnos una comprensión más profunda de la poderosa energía de los imanes.