El estadounidense Robert Sansone ha ganado un premio de 75.000 dólares gracias a su motor sin imanes, que no depende de materiales escasos

La historia de la tecnología ha demostrado que no se debe subestimar a nadie por muy joven que sea. Las nuevas generaciones demuestra todo su ingenio ideando nuevas soluciones enfocadas a alcanzar una mayor sostenibilidad en sectores como el de la automoción. Así, inventos como el sistema español para limpiar el aire mientras circula o este nuevo motor eléctrico libre de materiales escasos podrían ser el futuro de los coches.

Las dificultades para acceder a parte de los componentes de los motores eléctricos actuales está obligando a muchos fabricantes a buscar tecnologías alternativas. El problema radica en que otros tipos de motores no presentan la misma eficiencia y facilidad de fabricación que los motores eléctricos síncrono que utilizan imanes.

Esta tipología integra imanes muy especiales que están fabricados con componentes escasos, materiales extraídos de tierras raras que llegan a costar cientos de dólares el kilogramo. Robert Sansone, un joven estadounidense de solo 17 años, ha encontrado una solución para evitar la dependencia de estos componentes y abaratar la construcción de motores para coches eléctricos. Y no sólo eso, su invento también logra mayor potencia de la que suelen ofrecer otras alternativas.

Sin tierras raras

Los motores eléctricos síncronos que se utilizan en gran parte de la industria automovilística utilizan imanes permanentes que se componen de materiales como el disprosio, el gadolinio o el neodimio, elementos de los que quizá no hayas oído hablar, pero que son fundamentales para estos equipos y proceden principalmente de China. Con la creciente tensión entre el gigante asiático y países como Estados Unidos, la política se suma a la escasez en este problema de suministro.

“Los materiales de tierras raras en los motores eléctricos existentes son un factor importante que socava la sostenibilidad de los vehículos eléctricos”, explica el joven inventor en la revista Smithsonian. De ahí que muchas empresas hayan empezado a desarrollar otros motores en busca de un mejor equilibrio entre eficiencia y costes de producción. Por ejemplo, Tesla decidió instalar motores de corriente alterna asíncronos o de inducción, también conocidos como jaula de ardilla, en los Model S y X.

Los motores de imanes permanentes cuentan con la ventaja de tener una mayor eficiencia y ser más pequeños frente a otras alternativas que dependen de baterías más grandes y no alcanzan una autonomía tan amplia. Superar esta desventaja ha sido el principal objetivo de Robert Sansone a la hora de crear este nuevo motor.

Durante más de un año, este joven trabajó en un prototipo nuevo de motor síncrono de reluctancia que no utiliza imanes con tierras raras, pero que consigue una fuerza de rotación mayor que otras versiones. El motor se fabricó con elementos plásticos impresos en 3D, hilos de cobre y un rotor de acero.

Más eficiencia

Los motores de reluctancia son una opción eléctrica que no utiliza imanes ni cuenta con bobinas en su rotor. Su rotación se basa en la tendencia natural de los materiales ferrosos a alinearse con un campo magnético externo. A medida que el rotor gira siguiendo al campo magnético, se produce un par (fuerza necesaria para que el cigüeñal del motor gire).

Para conseguir esa rotación se recurre a lo que se conoce como relación de prominencia, o lo que es lo mismo, la diferencia de magnetismo entre los materiales ferrosos del rotor y espacios de aire que quedan entre ellos. Sansone decidió desprenderse de los espacios de aire y sustituirlos por otro campo magnético en su motor, consiguiendo un aumento de la relación de prominencia. A su vez, se produce más torque, es decir, más fuerza de rotación.

Esta es una de las principales diferencias que ha aplicado el estudiante a su prototipo, aunque Sansone mantiene en privado otras modificaciones para poder presentar la patente de su invento. Fabricarlo y probar su eficiencia no fue sencillo: “no tengo toneladas de recursos para hacer motores muy avanzados, así que tuve que hacer una versión más pequeña, un modelo a escala, usando una impresora 3D”.

El joven probó el par y eficiencia de su motor y lo configuró para que funcionará de forma similar a un motor de reluctancia síncrona tradicional para poder compararlos. Obtuvo un 39% más de torque y un 31% más de eficiencia a 300 revoluciones por minuto (RPM). A 750 RPM la eficiencia creció hasta alcanzar el 37%.

Para hacerse una idea, el motor del Model S de Tesla puede alcanzar hasta 18.000 RPM. Sin embargo, el prototipo de Sansone no puede probar esa velocidad por la fragilidad de los materiales con los que está construido. Su inventor lo intentó, pero las piezas de plástico se sobrecalentaron hasta derretirse sobre el escritorio.

Este trabajo ha obtenido el primer premio en la Feria Internacional de Ciencia e Ingeniería (ISEF) de este año. Se trata de la mayor competición internacional de STEM para escuelas secundarias del mundo y el premio final es de 75.000 dólares. Su ganador destinará esta cifra a pagarse la matrícula universitaria. Su sueño es estudiar en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Próximos retos

Aparte de la escasez de potencia, otro de los puntos débiles de los motores de reluctancia que ha impedido a esta alternativa entrar en el mercado del automóvil, es su proceso de fabricación. Aunque sus materiales no son tan caros, sí es costoso fabricarlos, un problema al que se enfrenta este nuevo invento.

El prototipo de Sansone aún está en una fase inicial de diseño, a la espera de contar con la patente. Su inventor quiere modelar la versión 16 de su motor con materiales más resistentes para poder probarlo con más revoluciones por minuto. Cuando consiga mejores resultados en las próximas pruebas, presentará la patente a alguna empresa de automoción.

Será entonces cuando deba preocuparse realmente de cómo fabricar a gran escala su motor y reducir los costes del proceso. No obstante, confía en que la impresión 3D vuelva a solucionar el reto que tiene delante. La fabricación aditiva que está empezando a despuntar en industrias como la espacial podría simplificar el método de construcción, llevando este nuevo motor a competir con los modelos más experimentados.

Fuente: elespanol.com