MAGLEV LEVITACIN MAGNTICA 16 de mayo de 2012 LEVITACIN MAGNTICA
La levitacin es un fenmeno que siempre ha cautivado la imaginacin
del ser humano. Hoy en da, se conocen unos cuantos mecanismos
fsicos que permiten sostener un objeto flotando sin contacto
mecnico con el suelo. No obstante, cuando se pretende extrapolar
este atractivo fenmeno a sistemas de inters cientfico o tecnolgico,
aparecen serias dificultades debido al alto costo de la
infraestructura. Qu es la levitacin magntica? Llamamos levitacin
magntica al fenmeno por el cual un material puede levitar gracias a
la repulsin existente entre los polos iguales de dos imanes o bien
debido a lo que se conoce como Efecto Meissner (consiste en la
desaparicin total del flujo del campo magntico en el interior de un
material superconductor por debajo de su temperatura crtica-es
decir cuando los superconductores llegan a ciertas temperaturas
bajas, no poseen resistencia elctrica, y los electrones cambian sus
rbitas para compensar las fuerzas magnticas del exterior. Entonces
el superconductor se transforma en un material diamagntico,
repeliendo su campo magntico hacia el exterior de forma curva
solenoidal, de esta manera, el magnetismo en el interior del
material desaparece.-), ya que es una propiedad inherente a los
superconductores. Cuando se acerca un imn a un superconductor, el
superconductor se convierte en un imn de polaridad contraria de
modo que sujeta al otro imn sobre l. Pero, al contrario que un imn
normal (que hara que el otro imn se diera la vuelta y se quedase
pegado a l), un superconductor cambia el campo magntico cuando el
exterior lo hace, compensndolo, de modo que es capaz de mantener el
otro imn fijo en el aire. Se genera una fuerza magntica de repulsin
la cual es capaz de contrarrestar el peso del imn produciendo as la
levitacin del mismo. De hecho, si se aleja el imn del
superconductor una vez est cerca, ste cambia de polaridad y lo
atrae lo suficiente para mantenerse a la misma distancia. Por tanto
un objeto estar bajo levitacin magntica cuando la fuerza generada
por la repulsin electromagntica es lo suficientemente fuerte para
equilibrar el peso del objeto.
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MAGLEV LEVITACIN MAGNTICA 16 de mayo de 2012 Utilizacin actual
de levitacin magntica Los trenes Maglev. La levitacin magntica
(Maglev) es famosa por sus usos en el transporte, sobre todo los
trenes. Alemania y Japn son pioneros en el desarrollo de los trenes
Maglev. Un tren de levitacin magntica es un vehculo que utiliza las
ondas magnticas para suspenderse por encima del carril e impulsarse
a lo largo de un carril-gua 1-Principio de levitacin magntica.
Todos los sistemas que utilicen levitacin magntica para sustentar
elementos ferromagnticos deben contar, por lo menos, con dos
elementos: un sistema elctrico, constituido por una fuente variable
de voltaje y una bobina; un sistema electromecnico, que utiliza la
energa elctrica almacenada en la bobina en forma de campo magntico
para compensar la energa mecnica. La levitacin en 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 si el tren utilice un sistema EMS
(suspensin electromagntica) o EDS (suspensin electrodinmica). 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. 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. Cuando el vehculo se desplaza
lateralmente, una corriente elctrica es inducida en el lazo, lo que
da como resultado una fuerza repulsiva del lado ms cercano a las
bobinas de levitacin, obligando al vehculo a centrarse.
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MAGLEV LEVITACIN MAGNTICA 16 de mayo de 2012 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.
4. 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 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 rotor. 5.
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.
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MAGLEV LEVITACIN MAGNTICA 16 de mayo de 2012 PNDULO INVERTIDO El
pndulo invertido es un servo mecanismo que consta de un carro en el
cual est montado un pndulo que puede girar libremente. El carro est
controlado por un servomotor y su principal funcin es la de aplicar
fuerzas al pndulo. Como la finalidad de este proyecto es dar la
posibilidad de ejecutar el algoritmo de control en un sistema real
(como, por ejemplo, un Segway), implica que el carro puede
desplazarse sin limitacin alguna, es decir, que si estuviese
montado sobre un riel, este no tendra topes. Si se considera al
pndulo separado del carro, este tiene dos puntos de equilibrio: uno
estable, abajo; y otro inestable, arriba. El objetivo del control
es cambiar la dinmica del sistema para que en la posicin vertical,
arriba, se tenga un punto de equilibrio estable. En otras palabras,
la idea es encontrar la fuerza que ha de aplicarse al carro para
que el pndulo no se caiga, incluso si se le perturba con un empujn
tipo escalera o impulso.
Esquema pndulo invertido e
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