TREN DE Levitacion Magnetica PDF

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Trabajo investigativo...

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APLI CACI ONESDELALEVI TACI ÓNMAGNETI CAPOR CAMPOSMAGNETI COS

Jean Pierre LLontop Basilio FIEE-UNAC Callao, Perú [email protected] Palabras claves: magnetismo, campo magnetico, levitación, superconductividad.

Abstrac: The application of magnetic fields in engineering are many, and this work is specifically spoken of its use in magnetic levitation and its amplifications.

I.

For this we will start from two important concepts that are magnetism and the magnetic field. Scientists have studied this and came to the creation of magnetic levitation, which is basically thanks to the Meissner effect in superconductors.

INTRODUCCIÓN

Para empezar; comenzaremos definiendo dos conceptos importantes: el magnetismo y los campos magneticos:

While it is known that magnetic levitation is widely used in areas of medicine and engineering as a flying microtobot and magnetic levitation generators, here we will focus on its application in engineering, it happens to be more specific in maglev trains.

El magnetismo o energía magnética: Es un fenómeno natural por el cual algunos objetos producen fuerza de atracción o repulsión sobre los otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que tienen propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo, todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

These trains were designed by Alfred Zehden and settled in Hamburg in 1979. Among its main characteristics we have its great speed at which they travel, they do not generate pollution, and the most striking thing is their suspension of their lane, this is mainly due to four principles of its operation: Principle of magnetic levitation, Principle of lateral guidance, Principle of propulsion, Braking mechanism. Well as all technology still in development, this poses certain advantages and disadvantages. The advantages are that they do not generate pollution, they travel at great speed and their maintenance cost is more economical. The main disadvantage is that its construction can be very expensive.

El campo magnetico:

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Es una propiedad del espacio por la cual una carga electrica de valor q que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional a la velocidad , y a una propiedad de campo llamada induccion magnetica; expresada matematicamente como:

temperatura crítica, no oponen resistencia al paso de la corriente; es decir: son materiales que pueden alcanzar una resistencia nula. En estas condiciones de temperatura no solamente son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado.

Aclarando estos dos conceptos; el objetivo de este trabajo sera el de conocer como es que los campos magneticos son de gran utilidad en los trenes de levitacion magnetica y tambien en otros campos.

II.

LEVITACIÓN MAGNÉTICA

Se denomina “Efecto Meissner” a esta capacidad de los superconductores de rechazar un campo magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imán a un superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo.

Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material puede, literalmente, levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, propiedad inherente a los superconductores.

Hoy día el uso más extendido del fenómeno de levitación magnética se da en los trenes de levitación magnética. Un tren

La superconductividad es una característica de algunos compuestos, los cuales, por debajo de una cierta

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un ojo, asímismo tiene aplicaciones dentro de la medicina cardiovascular.

de levitación magnética es un vehículo que utiliza las ondas magnéticas para suspenderse por encima del carril (algunos de estos trenes van a 1 cm por encima de la vía y otros pueden levitar hasta 15 cm) e impulsarse a lo largo de un carril-guía. Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montañas rusas de levitación magnética o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigación, la propulsión de naves espaciales mediante este mismo fenómeno (lo que se menciona más adelante), estas se basan en los mismos principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un carril-guía. Por esta razón este trabajo se centrará en los trenes de levitación magnética y más aún, en el principio de funcionamiento de estos.

III.

APLICACIONES DE LEVITACIÓN MAGNETICA

Un ejemplo del uso de a levitación por electromagnetismo en el área de la medician y contrucción es: Microrobot volador: Ingenieros de la universidad canadiense de Waterloo han creado un microrobot que vuela. Una de sus principales caracteristicas es que se mueve gracias a la levitación magnetica. Ademas, gracias a su tamaño tien la particularidad de poder introducirse, literalmente en cualquier espacio. Esto lo hacen perfecto para muchas funcionalidad, my complicadas de hacer hasta el momento, como ensamblar pequeños dispositivos, manipular materiales potencialmente peligrosos e incluso llevar a cabo operaciones de microcirugía.

LA

La levitación por electromagnetismo tien un area de alicación que comprende un campo muy amplio, dichas aplicaciones tiene uso en aréas como: la construcción, minería, mecánica, física, medicina, la industria farmacéutica, la industria ferroviaria y automotriz entre otras.

Generadores magnetica:

éolicos

de

levitación

Recientemente en China se empezo la contrucción de la mayor base de producción de generadores eólicos de levitación magnetica, dicho proyecto tiene como objetivo producir beneficios anuales superiores a los 1.600 millones de yuanes, así dicha base funcionará y producirá una serie de generadores eólicos de levitación

En el aréa de la medicina, la cirugía se ha visto beneficiada con muchas aplicaciones como por ejemplo, en los hospitales actualmente se puede utilizar un electroiman para extraer una esquirla de

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V.

magnética con una capacidad de 400 a 500 vatios.

IV.

TREN DE MAGNÉTICA

HISTORIA DEL TREN MAGLEV

Las primeras patentes que se otorgaron en Estados Unidos fueron otorgadas al inventor Alfred Zehden en Alemania. El primer tren de levitación magnética y alta velocidad o Maglev, se creó en Hamburgo, Alemania en el año 1979. Se instaló en Hamburgo para la Exposición de Transporte Internacional y se hizo sobre una vía que medía 908 metros. Fue muy bien aceptado por el público e incluso estuvo funcionando por tres meses después logrando transportar poco más de 50.000 pasajeros.

LEVITACIÓN

Es un sistema de transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos, principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión a base de la levitación magnética. Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte público sobre ruedas convencionales. La tecnología de levitación magnética tiene el potencial de superar 6440 km/h (4000 mph) si se realiza en un túnel al vacío. Cuando no se utiliza un túnel al vacío, el consumo de energía necesario para la levitación no suele representar una gran parte del total, ya que la mayoría del consumo de energía se emplea para superar la resistencia del aire, al igual que con cualquier otro tren de alta velocidad.

En Birmingham, Inglaterra, entre los años de 1984 y 1985, se construyó el primer Maglev de baja velocidad el cual era completamente automatizado y que circuló desde el Aeropuerto internacional de Birmingham hasta la Estación de trenes internacional.

VI.

CARACTERISTICAS MAGLEV

DEL

TREN

La ausencia de contacto físico entre el carril y el tren hace que la única fricción sea con el aire, y esta se reduce al mínimo por su forma

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aerodinámica. Los trenes maglev pueden viajar a muy altas velocidades, con un consumo de energía elevado para mantener y controlar la polaridad de los imanes y con un bajo nivel de ruido (una ventaja sobre el sistema competidor llamado aerotrén), pudiéndose llegar a alcanzar 650 km/h, aunque el máximo probado en este tren es de 603 km/h. Estas altas velocidades hacen que los maglev puedan llegar a convertirse en competidores directos del transporte aéreo.



en telecomunicación,

una guía

magnética es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas. 

Rieles: es cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes férreas y

fundamentales actúan

de

como

las vías soporte,

dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. 

PARTES DEL TREN LEVITACIÓN MAGNÉTICA

magnética:

En electromagnetismo y

Como inconveniente destaca el alto costo de las líneas, lo que ha limitado su uso comercial. Este alto costo se deriva de varios factores importantes: el primero y principal es el altísimo costo de la infraestructura necesaria para la vía y el sistema eléctrico, y otro no menos relevante es el alto consumo energético. VII.

Guía

DE

Vagones: El vagón es un vehículo ferroviario utilizado para el transporte de cargas o animales.

 Soporte magnético: es uno de los tipos de medios o soportes de almacenamiento de datos en los que se utilizan las propiedades magnéticas de los materiales para almacenar información digital. 



VIII.

Motor: es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En las maquinas ferroviarias este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Estator: Es la parte fija de una máquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisión de potencia (en el caso de motores eléctricos) o corriente eléctrica (en el caso de los generadores eléctricos), siendo el otro su contraparte móvil, el rotor. El término aplica principalmente a la construcción de máquinas eléctricas.

SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL TREN DE LEVITACIÓN MAGNÉTICA

Son cuatro los pricipios por lo cual funciona u tren de levitacion magnetica o abreviadamente tren maglev. 1. Principio de levitación magnética La levitación en un tren maglev, se consigue mediante la interacción de campos magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión, dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el tren utilice un

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sistema EMS (electromagnetic suspension o suspensión electromagnética) o EDS (electrdynamic suspension o suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es producida por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, y en el segundo se consigue la levitación gracias a fuerzas de repulsión entre estas.

1.2. EDS: Suspensión Electrodinámica

La levitación EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar cualquier campo magnético que intente penetrar en ellos. Esta propiedad se da en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se explicó con anterioridad. La suspensión, por tanto, consiste en que el superconductor rechazará las líneas de campo magnético de manera que no pasen por su interior, lo que provocará la elevación del tren. En diversos prototipos de suspensión EDS se ubica un material superconductor a los lados de la parte inferior del vehículo.

1.1. EMS: Suspensión electromagnética En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo de una guía de material ferromagnético, que no posee magnetismo permanente. Cuando se ponen en marcha los electroimanes situados sobre el vehículo, se genera una fuerza de atracción. Ya que el carril no puede moverse, son los electroimanes los que se mueven en dirección a éste elevando con ellos el tren completo. Sensores en el tren se encargan de regular la corriente circulante en las bobinas, como resultado el tren circulará a una distancia de aproximadamente un centímetro del carril guía. Unos electroimanes encargados de la guía lateral del vehículo serán colocados en los laterales del tren de manera que quede garantizado su centrado en la vía.

Este sistema permite levitaciones de hasta 15 cm, lo cual supera por mucho al sistema EMS.

2. Principio de guía lateral Los maglev necesitan, además del sistema de levitación magnética un sistema de guía lateral que asegure que el vehículo no roce el carril guía como consecuencia de perturbaciones externas que pueda sufrir. En la suspensión EMS, se instalan unos imanes en los laterales del tren los cuales, a diferencia de los ubicados para permitir al tren levitar y moverse,

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solamente actuarán cuando este se desplace lateralmente, ejerciendo fuerzas de atracción del lado que más se aleje de la vía. En el sistema EDS son los superconductores y las bobinas de levitación los encargados del guiado lateral del tren. Las bobinas de levitación están conectadas por debajo del carril-guía formando un lazo:

calcula la velocidad y distancia. Después se comunica al controlador (situado en la subestación y que controla los convertidores) la corriente apropiada para que el vehículo circule correctamente. El convertidor juega el papel más importante en el funcionamiento del tren magnético, ya que se encarga de suministrar la energía a las bobinas de propulsión que se encuentran en las vías.

Así, cuando el vehículo se desplaza lateralmente, una corriente eléctrica es inducida en el lazo, lo que da como resultado una fuerza repulsiva del lado más cercano a las bobinas de levitación, obligando al vehículo a centrarse. Si el tren por alguna causa se hundiese en el carril-guía este respondería con un aumento de la fuerza repulsiva, lo cual equilibraría este acercamiento; en contraste con el sistema EMS en el cual la fuerza atractiva aumenta si el vehículo se acerca a la guía.

4. Mecanismo de frenada

El frenado del tren maglev se consigue, como la propulsión, gracias al motor lineal. Esto se logra invirtiendo la polaridad de la corriente trifásica en la vía (estator) de manera que se cree una fuerza en sentido contrario al avance del tren.

3. Principio de propulsión

Para el correcto funcionamiento del sistema de propulsión el vehículo dispone de sensores de posición que por medio de un transmisor emiten señales de radio a través de un cable coaxial hasta el centro de control. Esta comunicación es bidireccional. En el centro de control, basándose en las señales recibidas desde el vehículo, se

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IX.

transporte actuales; como son comodidad, velocidad, economía y no genera contaminación ambiental.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL TREN MAGLEV

Existen tanto ventajas como desventajas como en cualquier tecnologia, lo cual hace a los trenes Magev un transporte innovador y eficaz; sin embargo, a pesar de las ventajas, en paises en desarollo no se ha logrado aprovechar el potencial de esta tecnología, esencialmente por no contar con recursos para desarrollarla. 1. Ventajas: 

Alta velocidad la cual puede llegar hasta 650 km/h.



El nivel de ruido es bajo, reduciendo así la contaminación.



El costo de mantenimineto reduce gracias a la falta de las piezas mecanicas.



Se reduce la contaminación al no utilizar motores de combustión.

XI.

X.

El alto costo de la infraestructura y otro no menos relevante es el alto consumo energetico.

CONCLUSIONES 



La levitación magnetica es una tecnologia que si bien no ha sido muy explotada tiene un amplio campo de acción que requiera ser investigado y desarrollado conjuntamente con el conepto de la superconductividad, estos estudios podrian ser de gran aporte para la ciencia. La levitación magnetica usadas en los sitemas Maglev, genera varias ventajas con respecto a los sitemas de

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Como los trenes de levitación magnetica no tocan los rieles; estos no tienen vibraciones molestos y el ruido es eliminado considerablemente.



Pienso que aca en Perú, se pueden construir sistemas de rieles en zonas montañosas que sean muy seguras y con una minima probabilidad de descarrilamiento. Aunque su precio de constucción es muy alto, los costos de consumo energeticos serían considerablemente bajos comparados con los de un ferrocarril ordinario.

BIBLIOGRAFIAS



https://www.academia.edu/23721730/L EVITACI%C3%93N_MAGN %C3%89TICA



https://es.wikipedia.org/wiki/Tren_de_l evitaci%C3%B3n_magn%C3%A9tica



https://www.euston96.com/trenlevitacion-magnetica/



http://proyectodefisicatrenes.blogspot.c om/2015/09/tren-de-levitacionmagnetica.html

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https://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~fisica 3/MagLev.p

2. Desventajas: 

...