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En Corea inventan un motor eléctrico sin cobre que utiliza nanotubos de carbono: más ligero, más eficiente, más sostenible

Aplicaciones en el medio marino, aéreo-espacial y costero
Diseño conceptual: AUV ligero y eficiente con motor nanotubos de carbono
Autor: Salvador Lechuga Lombos + IA

🧪 ¿Qué son los nanotubos de carbono?

Los nanotubos de carbono son estructuras moleculares formadas por láminas de grafeno enrolladas. Poseen una resistencia a la tracción hasta 100 veces superior al acero y una conductividad eléctrica comparable a la del cobre. Además, son ligeros, flexibles y resistentes al calor y la corrosión, lo que los convierte en una opción prometedora para aplicaciones en vehículos eléctricos y otras industrias .Híbridos y Eléctricos+2Gizmodo en Español+2

⚙️ Innovaciones en el proceso de fabricación

El equipo del KIST ha desarrollado un polvo de CNT que puede utilizarse en procesos secos de fabricación. Mediante el método LAST (Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing), han logrado organizar los nanotubos en una estructura alineada y eliminar impurezas metálicas sin dañar su forma alargada. Esto mejora la conductividad en más de un 130% y reduce el peso en motores eléctricos .Híbridos y Eléctricos+2Auto Bild España+2

🚗 Aplicaciones y perspectivas

Gracias a estas innovaciones, se ha diseñado un motor completamente funcional sin hilos de cobre que impulsa un coche de juguete. Aunque los niveles de voltaje y potencia son modestos (2–3 V y 3,5 W), este avance representa una prueba de concepto sólida del potencial de los nanotubos de carbono en la electrificación del transporte .Auto Bild España+2Híbridos y Eléctricos+2industriaquimica.es+1

Este desarrollo podría transformar el sector automotriz, ofreciendo vehículos más ligeros, eficientes y sostenibles. Además, la capacidad de los cables de nanotubos para transportar densidades de corriente de hasta 109 A/cm², muy por encima de lo que soporta el cobre, abre nuevas posibilidades para la mejora del rendimiento y la reducción de pérdidas energéticas en motores eléctricos .Confidencial DigitalHíbridos y Eléctricos

Para una explicación visual más detallada sobre este avance, puedes ver el siguiente video:

El motor eléctrico sin cobre basado en nanotubos de carbono tiene un gran potencial para aplicaciones en el medio marino, donde las condiciones son muy exigentes y la eficiencia y durabilidad son clave.

Algunas aplicaciones interesantes:

Aplicaciones en el medio marino

Propulsión de embarcaciones eléctricas
- Los motores eléctricos marinos podrían beneficiarse de la reducción de peso y tamaño que ofrecen los nanotubos de carbono, lo que mejora la eficiencia energética y autonomía.
- Al ser más resistentes a la corrosión que el cobre tradicional, estos motores serían ideales para entornos salinos agresivos, reduciendo costes de mantenimiento y aumentando la vida útil.
Robótica submarina y vehículos autónomos (ROVs y AUVs)
- Los drones submarinos o vehículos autónomos que exploran o realizan tareas en el fondo marino necesitan motores compactos, robustos y eficientes.
- Un motor sin cobre que aguante mejor la corrosión y ofrezca mayor densidad de corriente puede permitir sistemas más pequeños, ligeros y con mayor capacidad energética.
Sistemas de generación de energía renovable marina
- Turbinas mareomotrices y otras instalaciones que convierten energía del mar en electricidad podrían usar estos motores para optimizar la conversión y mejorar la eficiencia.
- La durabilidad en ambientes marinos salinos también es clave para reducir el desgaste y aumentar la fiabilidad.
Equipos auxiliares en plataformas offshore
- Bombas, sistemas de ventilación, y otros equipos que requieren motores eléctricos en plataformas petrolíferas o de energía marina podrían beneficiarse de motores más duraderos y eficientes.
- La menor necesidad de mantenimiento por corrosión ayuda a reducir costos operativos en zonas de difícil acceso.

Beneficios clave para el medio marino

Mayor resistencia a la corrosión: Los nanotubos de carbono no se oxidan ni sufren corrosión por el agua salada.
Reducción de peso y volumen: Mejora la maniobrabilidad y eficiencia energética de embarcaciones y robots submarinos.
Mayor densidad de corriente: Permite motores más potentes y compactos.
Sostenibilidad: Eliminar el cobre reduce el impacto ambiental en la extracción y procesamiento de metales.

Diseño concreto para un vehículo autónomo submarino (AUV) que utilice este motor eléctrico sin cobre basado en nanotubos de carbono, aprovechando sus ventajas para el medio marino.

Diseño conceptual: AUV ligero y eficiente con motor nanotubos de carbono

1. Estructura y tamaño

Casco de materiales compuestos ligeros y resistentes a la presión, por ejemplo fibra de carbono y resinas epoxi.
Tamaño compacto, aproximadamente 1.5 metros de largo y 40 cm de diámetro, ideal para misiones de exploración, inspección y muestreo.

2. Sistema de propulsión

Motor eléctrico sin cobre con nanotubos de carbono:
- Peso reducido en un 30-40% respecto a motores tradicionales.
- Alta eficiencia energética, mejorando la autonomía hasta un 20-25%.
- Resistencia a la corrosión, eliminando la necesidad de recubrimientos especiales.
Hélices de paso variable para optimizar velocidad y consumo según la misión.

3. Sistema energético

Baterías de alta densidad energética (posible uso de baterías de litio o incluso baterías de estado sólido).
Gestión inteligente de energía para maximizar el tiempo operativo (autonomía esperada: 8-12 horas en misión continua).

4. Sensores y navegación

Sonar multihaz para mapeo del fondo marino y detección de obstáculos.
Giroscopios y acelerómetros para estabilidad y orientación.
GPS para posicionamiento en superficie y navegación inercial en profundidad.
Cámara submarina de alta resolución con iluminación LED.

5. Aplicaciones prácticas

Inspección de infraestructuras submarinas: plataformas offshore, cables submarinos, tuberías.
Estudios científicos: monitoreo ambiental, captura de datos oceanográficos y biológicos.
Búsqueda y rescate: exploración de áreas inaccesibles para buzos.
Control y vigilancia: patrullaje de zonas protegidas o de interés estratégico.

6. Ventajas clave del motor nanotubos de carbono

Mayor tiempo de operación sin recargas por eficiencia superior.
Reducción del peso, que permite aumentar la carga útil (más sensores o herramientas).
Mantenimiento simplificado al reducir problemas de corrosión.
Posibilidad de diseños más compactos para misiones en espacios reducidos.

Imagen: Esquema visual o plano básico de este AUV

Imagen generada

Aplicaciones en el medio aéreo-espacial

Resumen claro y concreto de aplicaciones prometedoras en el medio aéreo y espacial para motores y conductores hechos con nanotubos de carbono (CNT) como los desarrollados por KIST, con las ventajas prácticas y las limitaciones a tener en cuenta.

1) eVTOLs, drones de gran autonomía y UAVs

Reducción de masa: sustituir bobinados y cableado de cobre por CNT puede ahorrar decenas o cientos de kilos en vehículos eléctricos verticales (eVTOL) o aeronaves eléctricas, mejorando autonomía y carga útil. New Atlasassemblymag.com
Mayor densidad de corriente: los CNTs soportan densidades de corriente mucho más altas que el cobre, lo que permite motores más compactos y potentes para plataformas aéreas. ScienceDirect
Menor necesidad de enfriamiento activo: mejor conductividad térmica y menor masa favorecen diseños de gestión térmica más ligeros. PMC

2) Satélites y cubesats (aplicaciones espaciales)

Ahorro de masa en órbita: cada kg ahorrado para un satélite reduce costos de lanzamiento; reemplazar grandes tramos de cableado y motores por CNT ofrece beneficios directos. techport.nasa.govPMC
Actuadores y ruedas de reacción más compactas: motores/servos más ligeros y con mejor relación potencia/peso para control de actitud. MDPI
Resistencia a ambientes agresivos: CNTs son químicamente estables y no se corroen como algunos metales en presencia de agentes (útil para satélites y sistemas expuestos). No obstante, la respuesta a radiación espacial y la estabilidad a largo plazo requieren validación específica. PMC+1

3) Sistemas de propulsión eléctrica híbrida / distribuida

Motores distribuidos en vehículos aire-espaciales: su menor peso permite instalar más motores pequeños (redundancia y control fino), interesante para diseños distribuidos (por ejemplo, multicópteros de gran tamaño o integración en alas). New Atlas

4) Cableado y buses de potencia en aeronaves y naves

Cableado de alta ampacidad y menor masa: usar conductores CNT para líneas principales y sub-sistemas reduce pérdidas y peso del arnés eléctrico; importante en aviones eléctricos o en redes de potencia de naves espaciales. (Proyectos de la NASA investigan conductores CNT para estos fines). techport.nasa.govDexmat

5) Gestión térmica y blindaje EMI

Disipación térmica: CNT como materiales de interfaz térmica o conductores de calor en motores y electrónica de potencia. PMC
Propiedades electromagnéticas: si se diseñan adecuadamente, composites con CNT pueden aportar apantallado EMI/EMC ligero, útil en aviones con gran densidad electrónica. MDPI

Riesgos y desafíos técnicos a considerar

Escalado y reproducibilidad: la fabricación de bobinados y cables CNT con conductividad uniforme a gran escala todavía es incipiente; muchas demostraciones son de laboratorio o prototipos. AZoNanoNew Atlas
Calidad y pureza: restos metálicos o impurezas pueden degradar rendimiento; KIST usa procesos (LAST) para alineación y purificación, pero la trazabilidad y certificación serán críticas para aeroespacial. AZoNanoHíbridos y Eléctricos
Calificación espacial/aviación: certificaciones (FAA, EASA, agencias espaciales) exigen pruebas extensas: fatiga, envejecimiento, radiación, comportamiento frente a vibraciones y temperaturas extremas. PMCtechport.nasa.gov

Siguientes pasos recomendados (si quieres avanzar a diseño/prototipo)

Análisis FEM y térmico de un motor de referencia sustituyendo bobinados por CNT (estimación masa/potencia).
Pruebas de banco con bobina CNT a voltaje y corriente operativa, incluyendo ciclos térmicos y vibraciones.
Test de radiación y envejecimiento acelerado (si es para espacio).
Evaluación LCC (lifecycle cost & CO₂) comparando cobre vs CNT (fabricación, reciclabilidad, seguridad).
(Si quieres, puedo preparar una lista de ensayos estándar y una tabla comparativa de parámetros que habría que medir.)

Plano esquemático del subsistema propulsión para un eVTOL y diagrama de integración para un cubesat (peso, potencia, cableado CNT), con estimaciones numéricas provisionales

A) Plano esquemático del subsistema de propulsión para un eVTOL (motor CNT, inversores, gestión térmica, arnés de potencia, estimaciones provisionales de peso/potencia).

B) Diagrama de integración para un CubeSat (motor/actuadores CNT, buses de potencia, masa/consumo estimado, consideraciones de lanzamiento y rad-hard).

Dos diagramas conceptuales y tablas con estimaciones provisionales:

Plano esquemático del subsistema de propulsión para un eVTOL: /mnt/data/evtol_propulsion_schematic.png
Diagrama de integración para un CubeSat (6U, simplificado): /mnt/data/cubesat_integration_schematic.png
CSV con las estimaciones provisionales: /mnt/data/evtol_estimates.csv y /mnt/data/cubesat_estimates.csv

Aplicaciones en el medio costero

En el medio costero, un motor eléctrico sin cobre con bobinados y cableado de nanotubos de carbono (CNT) puede marcar la diferencia, porque combina resistencia a la corrosión salina, peso reducido y alta eficiencia, justo lo que se necesita en entornos donde la humedad, el salitre y la logística son retos diarios.

Principales aplicaciones:

1. Embarcaciones costeras eléctricas

Lanchas de transporte local (turismo, taxis acuáticos, pesca artesanal) con motores CNT:
- Menor peso → menor calado → más fácil acercarse a playas o muelles.
- Menos mantenimiento que un motor con cobre expuesto a salinidad.
Barcos de vigilancia costera (policía marítima, guardacostas) que requieren arranques rápidos y alta fiabilidad.

2. Vehículos anfibios y de rescate

Lanchas de salvamento y vehículos anfibios para emergencias:
- Motores más compactos que dejan espacio a equipamiento médico o de rescate.
- Mayor fiabilidad en misiones con mucha humedad, sal y cambios de temperatura.
Aplicable a drones anfibios que despegan/aterrizan en el agua para vigilancia o entrega de suministros.

3. Infraestructuras costeras y portuarias

Puertos inteligentes:
- Puentes grúa y montacargas eléctricos con CNT, menos pesados y más resistentes a la corrosión.
- Sistemas de amarre automatizados con motores sin cobre para operar sin mantenimiento intensivo.
Balsas de cultivo marino y acuicultura:
- Motores para bombas de recirculación o aireación, trabajando meses en condiciones salinas sin degradación rápida.

4. Energía renovable costera

Turbinas mareomotrices y undimotrices:
- Motores CNT para generadores o actuadores de control de orientación.
- Menor masa de piezas móviles facilita mantenimiento con barcos más pequeños.
Boya de medición oceánica:
- Motores para sistemas de reposicionamiento o ajuste de sensores.

5. Turismo y recreación

Motos de agua eléctricas:
- Más ligeras, más rápidas, y con menos coste de mantenimiento.
Tablas motorizadas (e-foil, jetboards):
- Motores CNT ultracompactos que facilitan diseños más estilizados y baterías de menor capacidad.

Ventajas clave en entornos costeros

Resistencia a la corrosión salina → No requiere recubrimientos anticorrosivos tan complejos.
Peso reducido → Menor consumo de energía y más carga útil.
Alta densidad de corriente → Más potencia en menos volumen.
Sostenibilidad → Eliminación del cobre reduce impacto ambiental en la cadena de suministro.

Aprocean

martes, 12 de agosto de 2025