TREN DE LEVITACION ELECTROMANETICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

CONTENIDO Pag.INTRODUCCION..2OBJETIVO GENERAL.3OBJETIVO ESPECIFICO.3PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA3FOMULACION DEL PROBLEMA.3,4JUSTIFICACION..4HIPOTESIS.4MARCO TEORICO..5PRINCIPIO DE LEVITACION.5TEORIA DE MATERIALES PARA LA FABRICACION DE RIELES MAGNETICOS5PRINCIPIO DE GUIA LATERAL..6PRINCIPIO DE PROPULSION.6VEHICULOS EXPERIMENTALES.7,8,9EXTENSIONES DE LA LINEA YAMANASHI10CARACTERISTICAS DE LAS LINEAS YAMANASHI..11INSTALACIONES ELECTRICAS.12INSTALACIONES DE LAS BOBINAS PARA PROPULSION, LEVITACION Y GUIA12METODO DE PANEL13,14,15MECANISMO DE FRENADA16,17CONCLUSIONES.18BIBLIOGRAFIA..19INTRODUCCIN

La razn de investigar el funcionamiento y su posterior experimentacin del tren a levitacin es no seguir utilizando las mismas energas no renovables provenientes del petrleo las cuales aparte de ser contaminantes se terminarn a cierto lapso de tiempo, como consiguiente procedemos a aprovechar la utilizacin de energas provenientes con el mbito elctrico y electromagntico.

Al analizar el mbito costos, recursos, movilidad en un cierto lapso de tiempo va a ser ms conveniente y se pretende se implante este sistema en los prximos aos a fin de terminar con la saturacin en las ciudades y a su vez reducir ampliamente el tiempo que nos tardamos en trasladarnos de un determinado sitio a otro.

TREN DE LEVITACION ELECTROMAGNETICAObjetivo General

Demostrar que el medio de transporte es decir el tren de levitacin a introducirse en nuestro medio sera una muy buena alternativa de implementacin y que traera nuevos prospectos de desarrollo a fin de utilizar alternativas de energa provenientes de fuentes de recursos renovables basndonos en la energa elctrica y campos magnticos.

Objetivos Especficos

Satisfacer y demostrar que sera pertinente utilizar en nuestro pas nuestro este diseo d tren a levitacin y qu beneficios nos traera al empezar a usarlo en nuestra sociedad y su desarrollo Planteamiento del problema

Fundamentalmente el problema radica en la falta de investigacin y utilizacin de nuevas formas para obtener energa, principalmente en conservar los estereotipos sociales que nos mantienen ligados a la nica forma de obtencin de energa proveniente de recursos no renovables y a su vez contaminantes es as que vemos la manera de crear un medio de movilidad es decir un medio de transporte a base de electromagnetismo y electricidad.

Se origina el problema a raz de que cada vez se incurre en estar estrechamente dependientes de los derivados del petrleo, pues recurrir a nuevas formas de obtencin de energa sera dar un paso a no depender solo de una forma de energa.

El problema a solucionar es aquel de la falta de ampliacin e investigacin de la utilizacin de nuevas energas que a su vez sean provenientes de recursos renovables, simultneamente encontramos la falta de movilidad existente en nuestro pas y su complicacin que representa trasladarse de un lugar a otro, el tiempo ahorrado en cada viaje, y la optimizacin y utilizacin de nuevos mecanismos con funcionamiento distintos a los ya conocidos.

Formulacin del problema

La energa proveniente de recursos renovables y no contaminantes para la implementacin de un nuevo medio de transporte a base de electricidad y electromagnetismo en un inicio independientemente de la relacin de costos a comparacin del ferrocarril a la larga es decir en unos aos ayudara a la sustentabilidad del pas, conformidad de quienes habitamos en l, la conservacin del ambiente y la descongestin y no saturacin en donde la afluencia de movilidad de personas es mayor?

Justificacin

Es importante buscar nuevas alternativas de transporte a base ya no de las tpicas fuentes de energa proveniente del petrleo debido al sosiego de nuestra sociedad enfocada solo a utilizar lo que se tiene fcil sin pensar en el ambiente y que existen nuevas formas de energa que no son contaminantes y que nos ayuden a el desarrollo de nuestro pas.HiptesisEl tren de levitacin a implementar en nuestro pas ser un recurso no contaminante que tambin desempear como una fuente de preparacin a nivel profesional ya que seran fuentes no tan usadas con frecuencia en nuestro pas para destacar su funcionamiento y facilitar la movilidad que concierne a facilitar la demanda de vehculos a nivel pblico que reduciran ampliamente y dejaran muchas de las vas de estar tan congestionadas ayudando tambin a una sustentabilidad econmica pues se mantendra constante sin requerir implementar por mucho tiempo un nuevo medio de movilidad y que a la larga sera ms econmico al no necesitar de derivados del petrleo que pueden terminarse.

Marco Terico

El tren magntico.Principio de levitacin.En la siguiente figura se muestra la forma en la que se colocan las bobinas en las paredes laterales.

Cuando el superconductor pasa a centmetros de estas bobinas a muy altas velocidades, una corriente elctrica es inducida en la bobina la cual acta como campo electromagntico temporalmente.

Como resultado de estos campos, existen fuerzas que empujan al superconductor hacia arriba, teniendo as la levitacin del tren.

Teora de materiales para la fabricacin de rieles magnticosPara explicar el magnetismo de levitacin hemos supuesto que los espines de los tomos no interaccionaban entre s. Para explicar el ferromagnetismo hemos de suponer que un espn dado interacciona con sus vecinos ms prximos. En el modelo de Weiss el efecto medio de los tomos vecinos a uno dado se reemplaza por la accin de un campo magntico molecular o interno

Debido a la interaccin entre espines, el estado de menor energa se consigue cuando todos los espines apuntan en la misma direccin. A medida que se incrementa la temperatura ms espines tienden a cambiar su orientacin disminuyendo el momento magntico medio, hasta que se anula a una determinada temperaturaTc, denominada temperatura crtica. Por encima de dicha temperatura, el sistema de espines se comporta como un material paramagntico.

Se ha de tener en cuenta que aunque se representa los espines en una regin rectangular, la geometra adoptada en la simulacin es toroidal en el sentido de que la fila superior es contigua a la fila inferior y la columna ms a la izquierda es contigua a la columna situada en el extremo derecho.

Para producir la simulacin se ha empleado el algoritmo de Metrpolis que se puede resumir en los siguientes pasos:

Se establece la configuracin inicial

Se hace un cambio al azar de la configuracin inicial. Por ejemplo, se escoge un espn al azar y se intenta cambiar su orientacin.

Se calcula el cambio Ede energa del sistema debido al intento de cambio en la orientacin del espn seleccionado.

Si Ees menor o igual que cero, se acepta la nueva configuracin y se va al paso 8.

Si Ees positiva, se calcula la probabilidad de transicin

Se genera un nmero al azarren el intervalo [0, 1)

SiRhP, se acepta la nueva configuracin, de otro modo se mantiene la configuracin previa, es decir, el espn no cambiara de orientacin.

Se determina el valor de las magnitudes fsicas de inters.

Se repite los pasos del 2 al 8 para obtener el suficiente nmero de configuraciones

Se calculan promedios de las distintas configuraciones que son estadsticamente independientes una de otra.

Principio de gua lateral.Las bobinas de levitacin estn conectadas de frente entre ellas en la parte baja del riel, generando un anillo magntico. Cuando el tren, el cual es un superconductor magntico, se desplaza lateralmente, una corriente es inducida en el anillo, resultando una fuerza repulsiva actuando en las bobinas de levitacin del lado ms lejano del tren. Por lo tanto el tren siempre est situado en el centro de los rieles.

Principio de propulsin.Una fuerza repulsiva y una de atraccin son inducidas entre los imanes para propulsar al tren (superconductor magntico). Las bobinas de propulsin estn localizadas en las paredes laterales en ambos lados del riel, las cuales estn energizadas por una corriente alterna trifsica de una estacin, creando un campo magntico en el riel.Los superconductores magnticos son atrados y empujados por el campo magntico, elevando el tren.

Desarrollo del tren Magntico en Japn

Vehculos Experimentales

ML 100

ML 500 500 R

MLU 002

MLU 002N

Interiores del MLX 01

El tren magntico MLX01 es el primer tren que pasar por la pista de prueba Yamanashi. El tren est compuesto por tres vagones y el principal est diseado en dos formas, las dos de la manera ms aerodinmica para disminuir al mximo la friccin causada por el aire durante altas velocidades. Este modelo de tren ya tiene asientos de prueba y frenos de la ms alta tecnologa, denominados como frenos aerodinmicos y que ya estn probados

Extensin de la Lnea YamanashiLa lnea de Yamanashi se extiende 42.8 km entre Sakaigawa y Akiyama de Yamanashi.

El Centro de Pruebas fue oficialmente abierto en Julio del 96, para empezar con el programa de pruebas de velocidad, y completar las actividades realizadas con respecto a la Levitacin Magntica.

Prioridades en la Instalacin de Lneas Magnticas

Todas las lneas incluyendo la de Yamanashi intentan lograr ciertos objetivos como los siguientes: Confirmar las posibilidades de seguridad, confiabilidad y estabilidad para cuando el vehculo alcance los 500 km/h.

Confirmar la durabilidad del vehculo y el equipo, as como tambin los superconductores magnticos.

Asegurar que la eficiencia del vehculo sea la mejor, y lograr que las presiones que sufre el vehculo durante el trayecto no afecte el funcionamiento de la unidad.

Hacer que el impacto ambiental que tenga el vehculo no sea mucho.

Lograr un sistema de control mltiple de los trenes y controlar con seguridad sus operaciones.

Lograr con todo lo ya mencionado, que el mantenimiento de las vas y las unidades no sea mucho, para que el costo por viaje no sea muy caro.

Caractersticas de la Lnea de YamanashiSupermagnetismo de la pista de prueba en Yamanashi.

Los imanes superconductores son lo principal para la existencia de estos trenes. Cada imn superconductor consiste de 4 enredos superconductores. Son altamente confiables con una largo promedio de vida til. Consiste de un tanque cilndrico arriba que es un tanque almacenando helio lquido y nitrgeno. La parte inferior tiene un superconductor que genera polos norte y sur alternamente. En un extremo del tanque antes mencionado est un refrigerador integrado que sirve para convertir lquido el helio una vez que se evapore por la temperatura ambiental, entre otros factores.Instalaciones elctricas.

Se requiere de un inversor en la instalacin de energa para transformar la energa de una compaa comercial de frecuencia normal a una frecuencia requerida para la operacin del tren magntico. En la pista de prueba se pusieron tres inversores para tres fases respectivamente, de 38 MVA para la lnea del norte y 20 MVA para la lnea del sur.

Dependiendo de la velocidad al cual viaja el tren, los inversores dan una frecuencia de 0 a 56 Hz para 550 km/h y los inversores del sur dan una frecuencia entre 0 y 46 Hz, para velocidades menores de como 450 km/h.

Instalacin de las bobinas para propulsin, levitacin y gua.El primero es el mtodo del beam, consiste en que la portin de la pared ser hecha nicamente de concreto. Toda la construccin de esta forma se hace en la fbrica, donde se incluye las bobinas de piso. Finalmente todo el tramo de pista es transportado a donde se est construyendo en la pista.

Mtodo del PanelEl segundo es el mtodo del panel. En este mtodo la construccin se hace en el mismo lugar. Se construye primero uniendo las bobinas de piso con el cemento, posteriormente por medio de tornillos especiales, se une esta parte con una pared de concreto situada justo donde va la pista.

Para una demostracin prctica de la ley de Lenz se usan imanes cilndricos que se dejan caer verticalmente en un tubo de cobre o de aluminio. Se puede comprobar experimentalmente que la fuerza que se opone al peso es proporcional a la velocidad del imn. La misma situacin que hemos encontrado en elmovimiento vertical de una varillaen el seno de un campo magntico uniforme.

La constante de proporcionalidadkdepende del cuadrado del momento magntico del imn y de otros factores como el dimetro interior del tubo, espesor, su conductividad, etc.Supongamos que unimn cilndricodesciende con su polo Sur (color azul) delante y el polo Norte (de color rojo) detrs. En un imn las lneas del campo magntico salen del polo Norte y entran en el polo Sur.En la figura, se ilustra la aplicacin dela ley de Lenzpara explicar el origen de la fuerza retardadora sobre el imn en trminos de las corrientes inducidas en el tubode metal.

Durante el descenso del imn, el flujo del campo magntico se incrementa en la regin prxima al polo Sur del imn. Se origina en el tubo una corriente inducida que se opone al incremento de flujo, en el sentido indicado en la parte (1) de la figura.

El flujo del campo magntico disminuye en la regin prxima al polo Norte, se origina en el tubo una corriente inducida que se opone a la disminucin del flujo, en el sentido indicado en la parte (1) de la figura

El momento magntico del imn y el de las corrientes inducidas est representado en la parte (2) de la figura.

En la figura (3), mostramos la equivalencia entre corrientes (espiras o solenoides) e imanes, de modo que la corriente inducida por delante del polo Norte equivale a un imn de polaridad opuesta, por lo que se repelen. Sin embargo, la corriente inducida por detrs del imn tiene la misma polaridad por lo que se atraen.El imn que desciende por el tubo metlico es repelido por delante y atrado por detrs. Esta es la explicacin cualitativa de la fuerza de frenado en trminos de la ley de Lenz.

El record de velocidad lo tiene Japn y es de 581 km/h registrado en el ao 2003, pero se han conseguido en prototipos velocidades de hasta 600 km/h. As por tanto, este mtodo tiene el potencial de ser rpido y tranquilo en comparacin con los trenes clsicos de ruedas y en general con los sistemas de transporte masivos de ruedas. Esta tecnologa lleva muchos aos en desarrollo, pero el alto coste de este tipo de infraestructuras ha limitado su implantacin.

Tren MAGLEV que une la estacin de Longyang Road Pudong en Shanghai hasta el Aeropuerto

Internacional de Pudong y tarda 7 minutos y 20 segundos para completar el viaje de 32 kilmetros

En la actualidad existen 3 tipos de tecnologa de levitacin magntica:

Suspensin electromagntica (EMS):

Permite altas velocidades y genera campos magnticos poco peligrosos. Tiene un alto coste de produccin y explotacin por lo que la hace poco rentable.

Suspensin electrodinmica (EDS):

Permite altas velocidades y altas cargas de peso. Utiliza superconductores de alta temperatura HTS que deben ser refrigerados con nitrgeno. Los campos magnticos generados son altamente perceptibles dentro y fuera del tren, lo cual imposibilita su uso a personas con marcapasos. Debe dotarse con ruedas para los trayectos en los que se mueve a poca velocidad. El coste por kilmetro es gigantesco

Suspensin con imanes permanentes (Inductrack):

Se trata de un sistema con menores costes de explotacin debido a que no necesita corriente para proveer la levitacin. El campo magntico permanente garantiza la suspensin en caso de fallo elctrico. Los trenes deben dotarse de ruedas para proveer la propulsin.

El primer sistema comercial de trenes MAGLEV existente en el mundo se est desarrollando por la compaa alemana Transrapid International, una joint-venture* de los grupos industriales Siemens y Thyssenkrupp

Mecanismo de frenada

El frenado del tren maglev se consigue, como la propulsin, gracias al motor lineal. Esto se logra invirtiendo la polaridad de la corriente trifsica en la va (estator) de manera que se cree una fuerza en sentido contrario al avance del tren. Bajo condiciones normales, la desaceleracin lmite sera la misma que la aceleracin lmite: 1,8 m/s2 (este lmite de aceleracin se escoge de manera que no sea molesto para los pasajeros). En condiciones de emergencia, el motor lineal puede desacelerar al tren a 3,5 m/s2 aproximadamente.

Es posible aumentar an la capacidad de frenada, en situaciones de extrema emergencia, mediante el uso de un sistema de frenado aerodinmico, el cual ampla la superficie frontal del tren, como se ve a continuacin

(Figura 4, mecanismo de frenado aerodinmico)Este sistema se reserva solamente para situaciones de extrema emergencia ya que la desaceleracin producida es muy elevada (alrededor de 12 m/s2 ), razn por la cual los pasajeros deberan ser avisados unos segundos antes de ser utilizado, cosa que no siempre sera posible. No obstante los frenos aerodinmicos tambin podran ser utilizados en ocasiones donde no hara falta una gran desaceleracin, simplemente para ayudar al motor de manera de no tener que forzarlo demasiado.

En un tren con EMS, en condiciones normales, este deja de levitar cuando su velocidad se aproxima a los 10 Km/h (esto se hace de manera voluntaria, ya que con suspensin EMS el tren puede mantenerse levitando an estando parado). En ese momento se desprenden unos patines incorporados al tren, con un coeficiente de friccin determinado, que hacen que el tren se detenga por completo.

En un tren con EDS, el tren dejar de levitar tambin aproximadamente a unos 10 Km/h (aunque no de manera voluntaria), momento en que las ruedas neumticas entran en funcionamiento y el tren utiliza entonces frenos hidrulicos para detenerse.

ConclusinHoy da el uso ms extendido del fenmeno de levitacin magntica se da en los trenes de levitacin magntica. Un tren de levitacin magntica es un vehculo que utiliza las ondas magnticas para suspenderse por encima del levitar hasta 15 cm) e impulsarse a lo largo de un carril-gua. Si bien existen otras aplicaciones como, por ejemplo, las montaas rusas de levitacin magntica o, lo que en la actualidad se encuentra bajo investigacin, la propulsin de naves espaciales mediante este mismo fenmeno (lo que se menciona ms adelante), estas se basan en los mismos principios que los trenes tanto para mantenerse levitando como para impulsarse a lo largo de un carril-gua. Por esta razn este trabajo se centrar en los trenes de levitacin magntica y ms an, en el principio de funcionamiento de estos, dndole menos importancia a otros aspectos como: impacto ecolgico, viabilidad econmica (excepto en el caso de la propulsin de naves espaciales, donde se convierte en tema prioritario), confort, tendido estratgico de vas, diferentes diseos, etc.

Bibliografa-Noticia sobre la empresa AMT aparecida en el informador.com la cual ve a Guadalajara como una gran oportunidad para el uso de los trenes Maglev:

http://www.informador.com.mx/jalisco/2010/239865/6/la-empresa-amt-ve-aguadalajara-

como-una-gran-oportunidad.htm

Listado de referencias a direcciones URL:

Historia de los imanes:

http://imanes.foroactivo.com/t43-los-primeros-electroiman

Amplificadores operacionales:

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional www.trainweb.org www.railfaneurope.nethttp://www.transrapid.dehttp://www.mvp.de/tr/eigen.html

2015

-FERNANDO CETINA GONZALEZ, -RAMN HERNANDEZ ALMEIDA, -JOSE PEDRO GARDUZA SOSA, -ALBERTO DE LA CRUZ KOYOC -CRISTIAN EDUARDO CORROY MAGAA

24-4-2015

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARMEN

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

ING. LUIS JORGE PEREZ REDA

LUNES, MIERCOLES Y VIERNES DE 9 A 11

ALUMNOS

TREN DE LEVITACION ELECTROMANETICA