1. 4 PRESENTACIN Siendo uno de los motivos del hombre como ser existencial y razonante el hallar las causas de aquello que nos rodea, el hombre busca constantemente respuestas a la naturaleza y sus fenmenos, y busca siempre una manera de emplear lo que esta nos ofrece a nuestro beneficio. Es de esta manera que a travs de la historia, el hombre ha descubierto mltiples formas de facilitarse la vida en la manera de movilizarse, comunicarse, producir, entre otras. No fue hace mucho que el hombre descubri los vehculos como medio de transporte empleando el automvil, motos, barcos, aviones y trenes. Este ltimo ha sido uno de los ms usados por el hombre para recorrer grandes distancias y transportar mercanca. La construccin de ferrocarriles se dio en todo el mundo, sin embargo el costo y el tiempo empleado siempre ha sido uno de los mayores problemas para este medio de transporte. Hoy en da gracias a la tecnologa moderna se cuenta con trenes elctricos capaces de recorrer las mismas distancias en menor tiempo. A pesar de ello el hombre ha demostrado que es posible mejorar la velocidad y reducir los tiempos evitando la friccin con los rieles. Para ello, sera necesario que el tren quede suspendido en el aire y se deslice de manera constante sobre los rieles. Ahora que se ha logrado esto, se ha desarrollado el transporte de levitacin magntica-MAGLEV; que es un sistema de transporte que incluye la suspensin, gua y propulsin de vehculos, principalmente trenes, utilizando un gran nmero de imanes para la sustentacin y la propulsin a base de los campos magnticos. El presente trabajo describe los beneficios que nos trae el uso de este sistema en el mundo actual; as como los posibles problemas que se presentaran, tomando por base los proyectos e investigaciones realizadas en pases externos como Japn, Alemania e Inglaterra, en la ltima dcada del siglo XX y principios del siglo XXI; adems en los principios del efecto Meissner.

2. 5 INTRODUCCIN Es conocida la capacidad de atraccin y de repulsin que poseen los imanes, y muchos de nosotros hemos pensado alguna vez en usar esta propiedad para hacer levitar las cosas magnticamente. Llamamos levitacin magntica al fenmeno por el cual un determinado material queda suspendido en el aire gracias a la repulsin existente entre los polos de igual carga en dos imanes; o a causa de lo que se conoce como efecto meissner propio de materiales superconductores. La superconductividad es la caracterstica de algunos objetos, de los cuales por debajo de su temperatura crtica, la resistencia al paso de la corriente se reduce bruscamente a cero, volvindose materiales que pueden alcanzar una resistencia nula. En estas condiciones de temperatura no solamente son capaces de transportar energa elctrica sin ningn tipo de prdidas, sino que adems poseen la propiedad de rechazar las lneas de un campo magntico aplicado a dicho material. Se denomina Efecto Meissner a esta capacidad de los superconductores para rechazar a un campo magntico que intenta penetrar en su interior; de manera que si acercamos un imn a un superconductor, se genera una fuerza magntica de repulsin la cual es capaz de contrarrestar el peso del mismo, produciendo as la levitacin de este. En la actualidad, la manera de darle un uso a esto se ve reflejada en los avances tecnolgicos; siendo el ms conocido los trenes Maglev; que usan este principio para suspenderse por encima del carril, llegando a elevarse de 1 cm hasta unos 15 cm sobre la superficie. 3. 6 OBJETIVOS Con motivos de informar e innovar, la elaboracin de este trabajo funciona con la idea de comunicar uno de los avances de la tecnologa actual que tiene el potencial de cambiar el mundo como lo vemos y llevarlo a aquel medio futurista con el que todos soamos y solo vemos en pelculas. Siguiendo el mismo ejemplo, el objetivo de presentar la siguiente recoleccin de datos es, como se ha mencionado con anterioridad, informar e innovar en la tecnologa del futuro. JUSTIFICACIN Dado el conocimiento de esta tecnologa, la imaginacin conlleva a lo que podra ser el verdadero futuro, recreando en las mentes sistemas e ideas donde se aplique el magnetismo en la vida cotidiana de la misma manera que lo hacen hoy los vehculos motorizados, los cuales empezaron poniendo esperanza en los caballos y su capacidad para movilizar personas y que por el ingenio del hombre fue reemplazado por una maquina poseedora de la fuerza de dichos caballos. 4. 7 MARCO TEORICO 1. Definicin: 1.1.Levitacin Magntica Fenmeno por el cual un objeto queda suspendido sobre la superficie por accin de los campos magnticos. 1.2.Electroimn Dispositivo que consiste en un solenoide (una bobina cilndrica de alambre recubierta de una capa aislante y arrollado en forma de espiral), en cuyo interior se coloca un ncleo de hierro. Si una corriente elctrica recorre la bobina, se crea un fuerte campo magntico en su interior, paralelo a su eje. Al colocar el ncleo de hierro en este campo los dominios microscpicos que forman las partculas de hierro, que pueden considerarse pequeos imanes permanentes, se alinean en la direccin del campo, aumentando de forma notable la fuerza del campo magntico generado por el solenoide. La imantacin del ncleo alcanza la saturacin cuando todos los dominios estn alineados, por lo que el aumento de la corriente tiene poco efecto sobre el campo magntico. Si se interrumpe la corriente, los dominios se redistribuyen y slo se mantiene un dbil magnetismo residual. 1.3.Efecto Meissner Tambin denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparicin total del flujo del campo magntico en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crtica. Fue descubierto por Walter Meissnery Robert Ochsenfeld en 1933, midiendo la distribucin de flujo en el exterior de muestras de plomo y estao enfriados por debajo de su temperatura crtica en presencia de un campo magntico. Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo magntico se anula completamente en el interior del material superconductor y que las lneas de campo magntico son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagntico perfecto. La expulsin del campo magntico del material superconductor posibilita la formacin de efectos curiosos, como la levitacin de un imn sobre un material superconductor a baja temperatura. 5. 8 1.4.MAGLEV El transporte de levitacin magntica, o maglev1; es un sistema de transporte que incluye la suspensin, gua y propulsin de vehculos, principalmente trenes, utilizando un gran nmero de imanes para la sustentacin y la propulsin a base de la levitacin magntica. Este mtodo tiene la ventaja de ser ms rpido, silencioso y suave que los sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales. La tecnologa de levitacin magntica tiene el potencial de superar 6 400 km/h (4 000 mph) si se realiza en un tnel al vaco. Cuando no se utiliza un tnel al vaco, la energa necesaria para la levitacin no suele representar una gran parte de la necesaria, ya que la mayora de la energa necesaria se emplea para superar la resistencia del aire, al igual que con cualquier otro tren de alta velocidad. La mayor velocidad registrada de un tren maglev fue de 581 km/h, logrado en Japn en el 2003; 6 km/h ms rpido que el rcord de velocidad obtenido por el TGV2 convencional de Francia. 1.5.Principios de funcionamiento del sistema Maglev 1.5.1. Principio de levitacin magntica Un tren maglev, se consigue mediante la interaccin de campos magnticos que dan lugar a fuerzas de atraccin o repulsin, dependiendo del diseo del vehculo, es decir, segn el tren utilice un sistema EMS3 o EDS4. La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitacin del tren es producida por la atraccin entre las bobinas colocadas en el vehculo y la va, y en el segundo se consigue la levitacin gracias a fuerzas de repulsin entre estas. a) EMS: Suspensin electromagntica 1 Magnetic Levitation. 2 El TGV es una serie de trenes de alta velocidad desarrollada porAlsthom y la compaa de ferrocarriles nacional francesa SNCF, y operada principalmente por la propia SNCF. 3 Electromagnetic Suspension. 4 Electrodynamic Suspension. 6. 9 En el caso del EMS, la parte inferior del tren queda por debajo de una gua de material ferromagntico, que no posee magnetismo permanente. De esta manera cuando se ponen en marcha, los electroimanes situados sobre el vehculo generan una fuerza de atraccin y dado que el carril no se mueve, son los electroimanes los que se mueven en direccin a este elevando el tren con ellos. Sensores en el tren se encargan de regular la corriente circulante en las bobinas, como resultado el tren circular a una distancia de aproximadamente un centmetro del carril gua. La principal ventaja de las suspensiones EMS es que usan electroimanes en vez de los complicados imanes superconductores que exige la suspensin EDS; motivo por el cual no es necesario el uso de costosos sistemas de refrigeracin. Aun as el empleo del sistema EMS en los trenes maglev es inferior al del EDS. b) EDS: Suspensin Electrodinmica La levitacin EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar cualquier campo magntico que intente penetrar en ellos. Esta propiedad se da en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se explic con anterioridad. La suspensin, por tanto, consiste en que el superconductor rechazar las lneas de campo magntico de manera que no pasen por su interior, lo que provocar la elevacin del tren. En diversos prototipos de suspensin EDS se ubica un material superconductor a los lados de la parte inferior del vehculo. Debido a esto, la fuerza de levitacin ser cero cuando el vehculo se encuentre parado; para esto el tren tiene incorporadas unas ruedas neumticas. Estas funcionan de la siguiente manera: como la fuerza de levitacin aumenta con la velocidad, entonces cuando el tren alcanza la velocidad suficiente para que se eleve, las ruedas quedan suspendidas en el aire y 7. 10 por lo tanto, inutilizadas. De la misma manera, cuando la velocidad empieza a disminuir, lo que hace que disminuya la fuerza repulsiva, el tren comienza a descender hasta que las ruedas quedan apoyadas, y as se detiene. Este sistema permite levitaciones de hasta 15 cm, lo cual supera por mucho al sistema EMS. Esto permite hacer guas menos precisas para este tipo de Maglev y los protege de los daos que pequeas deformaciones en terremotos pudieran producir. Adems, un tren con suspensin EDS se amolda a las curvas compensando la aceleracin lateral inclinndose, de manera que ninguna perturbacin es sentida dentro del vehculo. Una desventaja de este sistema es que la utilizacin directa de superconductores provoca grandes campos magnticos dentro del vehculo, o sea la zona donde se encuentran los pasajeros, por lo que se deben utilizar complejos sistemas de aislamiento de la radiacin magntica (sobre los superconductores) para no perjudicar la salud de los pasajeros, ya que es sabido que una continua exposicin a campos magnticos muy intensos puede contribuir al desarrollo de ciertas enfermedades como el cncer. Esto contrasta con el sistema EMS, en el cual el campo magntico usado para la levitacin, gua y propulsin del tren, se concentra en la brecha entre el vehculo y el carril-gua. Fuera de esta brecha, la intensidad del campo magntico disminuye de manera tal que en la cabina donde viajan los pasajeros su intensidad es comparable con la del campo magntico terrestre. Otra desventaja son los grandes costos de los materiales superconductores y de los potentes sistemas de refrigeracin necesarios para mantener a estos a una baja temperatura. 1.5.2. Principio de gua lateral Los maglev necesitan, adems del sistema de levitacin magntica un sistema de gua lateral que asegure que el vehculo no roce el carril gua como consecuencia de perturbaciones externas que pueda sufrir. En la suspensin EMS, se instalan unos imanes en los laterales del tren los cuales, a diferencia de los ubicados para permitir al tren levitar y moverse, solamente actuarn cuando este se desplace lateralmente, ejerciendo fuerzas de atraccin del lado que ms se aleje de la va. 8. 11 En el sistema EDS son los superconductores y las bobinas de levitacin los encargados del guiado lateral del tren. Las bobinas de levitacin estn conectadas por debajo del carril-gua formando un lazo. 1.5.3. Principio de propulsin Un tren Maglev es propulsado mediante un motor lineal. El funcionamiento de un motor lineal deriva de un motor elctrico convencional donde el estator es abierto y desenrollado a lo largo del carril-gua en ambos lados. La propulsin, tanto en EDS como en EMS, se logra generalmente mediante la utilizacin del LSM5. a) LSM: Motor Lineal Sncrono Este sistema de propulsin utiliza como estator un circuito de bobinas sobre la va, por el cual circula una corriente alterna trifsica controlada. El rotor est compuesto por los electroimanes del tren, en el caso de un EMS, o las bobinas superconductoras en un EDS. El campo magntico que crea la corriente alterna del estator interacta con el rotor (electroimanes o bobinas superconductoras) creando una sucesin de polos norte y sur que empujarn y tirarn del vehculo hacia delante. Este campo magntico (tambin llamado "onda magntica") viajar junto al tren a travs del carril-gua, permitindole a este acelerar, as el rotor viajar a la misma velocidad que el campo magntico. La regulacin de la velocidad del tren se logra bien regulando la frecuencia de la onda magntica (o sea, variando la frecuencia de la corriente alterna) o bien variando el nmero de espiras por unidad de longitud en el estator y el rotor6. 5 Linear synchronous motor 6 Pieza de una mquina electromagntica o de una turbina que gira dentro de un elemento fijo. 9. 12 Una caracterstica importante de este sistema es que la energa que mueve al tren no la provee el mismo tren, sino que esta es proveda por las vas. Esto permite evitar un malgasto de energa fraccionando la va en secciones de manera que cada una tenga su alimentacin, de esta forma solamente estarn activos aquellos tramos de la va por los que en ese momento est transitando el tren. Los trenes Maglev, gracias a su sistema de propulsin, son capaces de circular por desniveles de hasta 10 grados, en contraste con los trenes convencionales que slo pueden circular por pendientes con desniveles de hasta 4 grados. 1.5.4. Mecanismo de freno El frenado del tren Maglev se consigue, como la propulsin, gracias al motor lineal. Esto se logra invirtiendo la polaridad de la corriente trifsica7 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. 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. 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. 7 Sistema de produccin, distribucin y consumo de energa elctrica. 10. 13 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. 2. Antecedentes del problema: 2.1.Alemania Transrapid 05 fue el primer tren de alta velocidad (Maglev) con propulsin de estator8 largo patentado para transporte de pasajeros. Se instal en Hamburgo en 1979 para la Exposicin de Transporte Internacional (International Transportation Exhibition IVA 79), sobre una va de 908 metros. Hubo tanto inters que estuvo funcionando durante tres meses despus de concluir la Exposicin, llegando a transportar 50 000 pasajeros. Fue reensamblado en Kassel en 1980. 2.2.Inglaterra El primer maglev de baja velocidad totalmente automatizado fue el que circul desde el Aeropuerto internacional de Birmingham hasta la Estacin de trenes internacional de Birmingham entre 1984 y 1985. 2.3.Japn Cuarenta aos despus de que el Shinkansen revolucionase el mundo del ferrocarril, Japn prueba estos das el Maglev, el tren de levitacin magntica que en 2030 unir Tokio y Osaka, a 553 kilmetros de distancia, en tan slo una hora. Todava queda mucho para que entre en funcionamiento, pero en Yamanashi ya se puede ver lo que es capaz de hacer la joya de la corona de JR Central, la compaa responsable del proyecto. El proyecto est en carpeta desde la dcada de los 70 y tendra un costo de 9 billones de yenes (unos US$ 112 000 millones). Gran parte de su trayecto ya est construido pero an hace faltan largos tneles (a travs de montaas) que unirn las tres ciudades y que absorben la mayora del presupuesto. 8 En las dinamos y motores elctricos, circuito fijo dentro del cual gira el mvil o rotor. 11. 14 2.4. Venezuela El 25 de marzo de 2006, Docentes de la Universidad de los Andes, presentaron al presidente de la Repblica Hugo Rafael Chvez Fras un proyecto de tren electromagntico que interconectara las ciudades de Caracas y el puerto de La Guaira, en el Estado Vargas. El proyecto fue acogido con beneplcito y las Fuerzas Armadas dieron el visto bueno. El 26 de abril de 2007, el diputado Manuel Villalba present formalmente el proyecto TELMAGV a la Asamblea Nacional de Venezuela. 3. Elaboracin de hiptesis: Debido a la conductividad magntica de los materiales superconductores, que al ser sometida a temperatura critica elimina el flujo de campo magntico en el interior, es posible que el vehculo quede suspendido almenos a diez centmetros de la superficie por la que se desplaza proporcionando por lo tanto friccin nula en su desplazamiento y permitiendo una mayor velocidad de movimiento. 4. Identificacin de las variables: Sistema MAGLEV en medios de transporte. 5. Conclusiones: A pesar de los avances logrados a la poca actual; nada es perfecto. De esta manera los beneficios trados por la utilizacin de sistemas novedosos, no siempre son favorables a nuestro modo de vida actual ni a la condicin econmica que tenemos. En el caso del sistema Maglev; la construccin e instalacin en vehculos de transporte de uso comn representa una fuerte suma de dinero as como mano de obra, llevndolo a la postergacin como proyecto adems de la imposibilidad de construccin masiva en la poca actual; siendo el precio aproximado por construccin (con sistema de suspensin EDS) alrededor de $1 000 000 000. 6. Metodologa: 6.1.Diseo tcnico de recoleccin de datos _ Encuesta a un peruano residente en Japn: Roberto Wakabayashi 12. 15 6.2.Poblacin y muestra _ En Japn; costo de pasaje en un tren MAGLEV y un TAV pertenecientes a la misma empresa; ambas realizan el mismo recorrido desde la estacin de kumagaya hasta la estacin de Tokyo. _ JR Joetsu Shinkasen 3.710 JPY/ hrs. 39 min. _ JR Shonan-Shinjuku Line 1.140 JPY/hrs. 1h 20min. 7. Aspectos administrativos 7.1.Recursos humanos _Un alumno. 7.2.Presupuesto _ Cinco soles. 7.3.Cronograma _ 18/03/14 - Se dej el trabajo, con tema de decisin personal y un mximo de dos alumnos; y un plazo de 2 meses, teniendo como fecha lmite para la entrega del informe el mes de Junio del presente ao. _ Una semana despus de haberse dejado el trabajo, recolecte informacin acerca del tema MAGLEV y lo organice en un documento de Word. _ Por un periodo de dos semanas con un aprox. de una hora por da empec a redactar el trabajo monogrfico en un borrador, realizando un 55% del trabajo (an sin ordenar) _ A mediados del mes de Abril, un problema con el quipo en el que trabajo me impidi seguir con este; adems de verme obligado no solo a formatear el disco duro sino a cambiarlo por uno nuevo. Perdiendo por tal motivo todo avance relacionado y/o no a la tarea almacenado en esta. _ En espera de la reparacin y cambio de disco duro, transcurri un mes durante el cual no realice ningn avance mas la bsqueda de alguno videos relacionados al tema. _ Al cabo de una semana despus de la reparacin y teniendo nuevamente la laptop, busque nuevamente informacin de distintas pginas de internet, reuniendo material en videos y texto. Con esta informacin nuevamente elabor la monografa avanzando el 70% hasta el da 25 de Mayo. _ Junio ampliacin de la fecha lmite debido a los exmenes y posteriormente nueva postergacin de la fecha a causa de los 13. 16 feriados y la semana de vacaciones. Nueva fecha de entrega: 23 de Junio de 2014. _ Durante la semana de vacaciones complete el trabajo de la monografa as como las diapositivas y el trptico de la misma, hasta el da sbado 21/06/2014; da en que habiendo finalizado la monografa proced a imprimir para su prxima presentacin. 8. Bibliografa _ http://m.motorpasionfuturo.com/industria/tecnologia-del-transporte-en- japon- podran-ir-a-500-km-h-en-tren _ http://www.yorokobu.es/el-milagroso-tren-bala-japones/ _ http://en.wikipedia.org/wiki/Maglev 14. 17 Anexos 15. 18 Imn levitando sobre un material superconductor Efecto Meissner Esquema de suspensin EMS Esquema de suspensin EDS 16. 19 Costo pasajes desde la estacin Kumagaya hasta la de Tokyo - Japn Grafica de barras campo elctrico producido por el sistema EMS Principio de gua lateral 17. 20 Propulsin de un tren maglev Suministro de energa de la va Ascenso de pendientes 18. 21 Mecanismo de frenado aerodinmico Suspensin por EMS Maglev con EMS 19. 22 Ubicacin de imanes en suspensin EMS y EDS Control de propulsin por gua magntica Maglev con EDS